KR101997654B1 - 노즐 튜브 지지용 플레이트 및 이의 조립방법 - Google Patents

노즐 튜브 지지용 플레이트 및 이의 조립방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101997654B1
KR101997654B1 KR1020170113879A KR20170113879A KR101997654B1 KR 101997654 B1 KR101997654 B1 KR 101997654B1 KR 1020170113879 A KR1020170113879 A KR 1020170113879A KR 20170113879 A KR20170113879 A KR 20170113879A KR 101997654 B1 KR101997654 B1 KR 101997654B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
frame
fixed frame
buffer means
groove
nozzle
Prior art date
Application number
KR1020170113879A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190027162A (ko
Inventor
전병하
조문수
Original Assignee
두산중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 두산중공업 주식회사 filed Critical 두산중공업 주식회사
Priority to KR1020170113879A priority Critical patent/KR101997654B1/ko
Priority to US16/110,707 priority patent/US10865988B2/en
Publication of KR20190027162A publication Critical patent/KR20190027162A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101997654B1 publication Critical patent/KR101997654B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/283—Attaching or cooling of fuel injecting means including supports for fuel injectors, stems, or lances
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • F23R3/60—Support structures; Attaching or mounting means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/60—Assembly methods
    • F05D2230/64—Assembly methods using positioning or alignment devices for aligning or centring, e.g. pins
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/35—Combustors or associated equipment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/40—Type of control system
    • F05D2270/42—Type of control system passive or reactive, e.g. using large wind vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00014—Reducing thermo-acoustic vibrations by passive means, e.g. by Helmholtz resonators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

본 발명은 노즐 튜브 지지용 플레이트 및 이의 조립방법에 관한 것으로, 상세히는 연소 노즐과 슈라우드로 구성된 복수의 노즐 튜브를 지지하는 플레이트로서, 환형을 이루는 연소기 케이싱의 내주면에 고정단을 형성하는 고정프레임 및 상기 고정프레임의 내측에 구비되되, 복수의 노즐 튜브를 수용하기 위해 복수의 관통부가 마련된 내부프레임을 포함하며, 상기 고정프레임 및 내부프레임 사이에는 완충수단이 마련됨으로써, 가스 터빈용 연소기에 설치된 복수의 노즐 튜브를 안정적으로 지지하면서 결합 구조체의 열팽창에 또는 고유진동에 의한 변위를 감쇄시킴으로써, 연소기 보수수요를 줄이고, 연소기 수명을 연장시킬 수 있는 노즐 튜브 지지용 플레이트 및 이의 조립방법에 관한 것이다.

Description

노즐 튜브 지지용 플레이트 및 이의 조립방법{FUNCTIONAL PLATE SUPPORTING NOZZLE TUBES FOR GAS TURBINE COMBUSTION AND ASSEMBLING METHOD THEREOF}
본 발명은 가스 터빈에 관한 것으로, 보다 상세히는 가스 터빈용 연소기에 적용되는 구조체 및 그 조립방법에 관한 것이다.
가스 터빈용 연소기는, 압축기 및 터빈 사이에 구비되어 압축기에서 공급되는 압축 공기를 연료와 혼합하여 등압 연소시켜 높은 에너지의 연소가스를 만들어 연소가스의 열에너지를 기계적인 에너지로 변환시키는 터빈에 보내는 역할을 수행한다.
이러한 연소기의 케이싱 내부에는 연소실로 예혼합 가스를 보내기 전 연료와 압축공기가 진행하는 분사 노즐 및 이를 포함하는 노즐 튜브가 다수 구비된다.
복수의 노즐 튜브는 고정구조로서, 고온 영역에 속하여 열팽창이 불가피하고, 터빈 등의 구동에 의한 고유진동에 노출될 수 밖에 없다.
종래에는 이러한 복수의 노즐튜브를 케이싱 내부에서 지지하는 구조체가 부재하여 안정성이 떨어지는 문제가 있었으며, 종래의 지지 구조체도 케이싱 내부에 고정된 구조로서 열팽창에 의한 크랙 또는 고유진동에 의한 충격에 의해 지지 구조체가 파괴되거나 깨지는 현상이 발생할 수 밖에 없으며 결과적으로 연소기 수명이 줄어드는 문제가 있었다.
또한, 지지 구조체를 연소기 케이싱 내부에 설치하거나 유지관리를 위하여 조립 또는 해체하는 절차가 번거로운 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 가스 터빈용 연소기에 설치된 복수의 노즐 튜브를 안정적으로 지지하면서 동시에 본 발명을 포함한 결합 구조체의 열팽창에 또는 고유진동에 의한 변위를 감쇄시킴으로써, 연소기 보수수요를 줄이고, 연소기 수명을 연장시킬 수 있는 노즐 튜브 지지용 플레이트를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 상기 결합 구조체의 조립 및 해체가 용이하여 작업자 입장에서 유지관리가 간편하게 이루어질 수 있는 노즐 튜브 지지용 플레이트 및 이의 조립방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 노즐 튜브 지지용 플레이트와 이를 구비한 가스 터빈용 연소기는, 연소 노즐과 슈라우드로 구성된 복수의 노즐 튜브를 지지하는 플레이트로서, 환형을 이루는 연소기 케이싱의 내주면에 고정단을 형성하는 고정프레임; 및 상기 고정프레임의 내측에 구비되되, 복수의 노즐 튜브를 수용하기 위해 복수의 관통부가 마련된 내부프레임을 포함하며, 상기 고정프레임 및 내부프레임 사이에는 완충수단이 마련되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고정프레임의 내주면에는 상기 내부프레임의 가장자리가 삽입 및 지지되도록 ㄷ자 단면의 홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 완충수단은 상기 고정프레임의 홈 내면에 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 완충수단 중 제1 완충수단은 반경방향 변위를 수용하도록 상기 고정프레임 홈의 제1 내면에 구비되고, 제2 완충수단은 축방향 변위를 수용하도록 상기 고정프레임 홈의 제2 내면에 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 완충수단은 볼 스프링으로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 완충수단은 볼 스프링으로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 내부프레임의 가장자리는 원주 방향을 따라 일정한 간격으로 삽입편이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고정프레임의 내주면에는 상기 내부프레임의 삽입편이 축방향으로 끼워지도록 보조홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 노즐 튜브 지지용 플레이트 조립방법은, 연소 노즐과 슈라우드로 구성된 복수의 노즐 튜브를 지지하는 플레이트를 조립하는 방법으로서, 환형을 이루는 연소기 케이싱의 내주면에 고정단을 형성하는 고정프레임으로 복수의 노즐 튜브가 관통되도록 상기 연소기 케이싱 내주면의 축방향으로 내부프레임을 접근시키는 단계; 상기 내부프레임의 가장자리에 원주 방향을 따라 일정한 간격으로 형성된 삽입편을 상기 고정프레임의 내주면에 형성된 보조홈에 축방향으로 삽입하는 단계; 및 상기 내부프레임의 삽입편이 상기 고정프레임의 ㄷ자 단면의 홈 내면에 구비된 완충수단에 삽입 및 지지되도록 회전시키는 단계를 포함한다.
또한, 상기 완충수단 중 제1 완충수단은 반경방향 변위를 수용하도록 상기 고정프레임 홈의 제1 내면에 구비되고, 제2 완충수단은 축방향 변위를 수용하도록 상기 고정프레임 홈의 제2 내면에 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 완충수단 및 제2 완충수단은 볼 스프링으로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명인 노즐 튜브 지지용 플레이트를 가스 터빈용 연소기에 적용함으로써, 복수의 노즐 튜브를 안정적으로 지지하면서 동시에 구조체의 열팽창에 의한 크랙 또는 고유진동에 의한 충격을 완화시켜 구조체 파괴 등으로 인한 연소기 보수수요를 줄이고, 연소기 수명을 연장시키는 이점이 있다.
나아가, 본 발명인 노즐 튜브 지지용 플레이트의 조립방법을 적용함으로써, 작업자 입장에서 최초 연소기에 노즐 튜브 지지용 플레이트의 설치나, 이를 포함한 복수의 노즐 튜브를 지지하기 위한 결합 구조체에 대한 유지관리가 간편하게 이루어질 수 있는 이점이 있다.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 가스 터빈의 전체적인 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 노즐 튜브 지지용 플레이트의 일 실시예가 구비된 가스 터빈용 연소기의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 노즐 튜브 지지용 플레이트의 일 실시예를 전체적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 노즐 튜브 지지용 플레이트를 정면에서 바라본 도면이다.
도 5는 도 3의 노즐 튜브 지지용 플레이트를 위에서 바라본 횡단면도이다.
도 6은 도 5의 노즐 튜브 지지용 플레이트에서 고정프레임과 내부프레임의 결합 부분을 확대하여 나타낸 것이다.
도 7의 (a) 및 (b)는 각각 도 3의 노즐 튜브 지지용 플레이트의 반경방향 및 축방향 감쇄 작용을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 노즐 튜브 지지용 플레이트의 다른 실시예를 전체적으로 도시한 도면이다.
도 9은 본 발명에 따른 노즐 튜브 지지용 플레이트의 또 다른 실시예를 정면에서 바라본 도면이다.
도 10의 (a) 및 (b)는 도 9의 노즐 튜브 지지용 플레이트의 조립과정을 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 실시형태를 설명함에 있어서 당업자라면 자명하게 이해할 수 있는 공지의 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 생략될 것이다. 또한 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부여할 것이며, 도면을 참조할 때에는 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등이 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있음을 고려하여야 한다.
그리고, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 개재되면서 간접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고도 이해되어야 할 것이다.
가스 터빈의 열역학적 사이클은 이상적으로는 브레이튼 사이클(Brayton cycle)을 따른다. 브레이튼 사이클은 등엔트로피 압축(단열 압축), 정압 급열, 등엔트로피 팽창(단열 팽창), 정압 방열로 이어지는 4가지 과정으로 구성된다. 즉, 대기의 공기를 흡입하여 고압으로 압축한 후 정압 환경에서 연료를 연소하여 열에너지를 방출하고, 이 고온의 연소가스를 팽창시켜 운동에너지로 변환시킨 후에 잔여 에너지를 담은 배기가스를 대기 중으로 방출한다. 즉, 압축, 가열, 팽창, 방열의 4 과정으로 사이클이 이루어진다.
위와 같은 브레이튼 사이클을 실현하는 가스 터빈은 압축기와 연소기, 터빈을 포함한다. 도 1은 가스 터빈(1000)의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 이하의 설명은 도 1을 참조하겠지만, 본 발명의 설명은 도 1에 예시적으로 도시된 가스 터빈(1000)과 동등한 구성을 가진 터빈 기관에 대해서도 폭넓게 적용될 수 있다.
가스 터빈(1000)의 압축기(1100)는 공기를 흡입하여 압축하는 역할을 하는 부분이며, 연소기(1200)에 연소용 공기를 공급하는 한편 가스 터빈(1000)에서 냉각이 필요한 고온 영역에 냉각용 공기를 공급하는 것이 주된 역할이다. 흡입된 공기는 압축기(1100)에서 단열압축 과정을 거치게 되므로, 압축기(1100)를 통과하는 공기의 압력과 온도는 올라가게 된다.
가스 터빈(1000)에 포함되는 압축기(1100)는 보통 원심 압축기(centrifugal compressors)나 축류 압축기(axial compressor)로 설계되는데, 소형 가스 터빈에서는 원심 압축기가 적용되는 반면, 도 1에 도시된 것과 같은 대형 가스 터빈(1000)은 대량의 공기를 압축해야 하기 때문에 다단 축류 압축기(1100)가 적용되는 것이 일반적이다.
압축기(1100)는 터빈(1300)에서 출력되는 동력의 일부를 사용하여 구동된다. 이를 위해, 도 1에 도시된 것과 같이, 압축기(1100)의 회전축과 터빈(1300)의 회전축은 직결된다. 대형 가스 터빈(1000)의 경우, 터빈(1300)에서 생산되는 출력의 거의 절반 정도가 압축기(1100)를 구동시키는데 소모된다. 따라서, 압축기(1100)의 효율을 향상시키는 것은 가스 터빈(1000)의 전체 효율을 향상시키는데 직접적이고도 지대한 영향을 미치게 된다.
그리고, 연소기(1200)는 압축기(1100)의 출구로부터 공급되는 압축 공기를 연료와 혼합하여 등압 연소시켜 높은 에너지의 연소가스를 만들어 낸다. 도 2는 가스 터빈(1000)에 구비되는 연소기(1200)의 일례를 보여준다. 연소기(1200)는 압축기(1100)의 하류에 배치되며, 환형을 이루는 연소기 케이싱(1210)을 따라 복수 개의 버너(1220)가 배치된다. 각 버너(1220)에는 수 개의 연소 노즐(1230)이 구비되며, 이 연소 노즐(1230)에서 분사되는 연료가 공기와 적절한 비율로 혼합되어 연소에 적합한 상태를 이루게 된다.
가스 터빈(1000)에는 가스 연료와 액체 연료, 또는 이들이 조합된 복합 연료가 사용될 수 있다. 법적 규제 대상이 되는 일산화탄소와 질소산화물 등의 배출가스 양을 저감하기 위한 연소 환경을 만드는 것이 중요한데, 연소 제어가 상대적으로 어렵기는 하지만 연소온도를 낮추고 균일한 연소를 만들어 배출가스를 줄일 수 있다는 장점이 있어 근래에는 예혼합 연소가 많이 적용된다. 예혼합 연소의 경우에는 압축공기가 연소 노즐(1230)에서 분사되는 연료와 혼합된 후 연소실(1240) 안으로 들어간다. 예혼합 가스의 최초 점화는 점화기를 이용하여 이루어지며, 이후 연소가 안정되면 연료와 공기를 공급하는 것으로 연소는 유지된다.
연소기(1200)는 가스 터빈(1000)에서 가장 고온 환경을 이루기 때문에 적절한 냉각이 필요하다. 도 2를 참조하면, 버너(1220)와 터빈(1300) 사이를 연결하여 고온의 연소가스가 유동하는 덕트 조립체, 즉 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260), 유동 슬리브(1270)로 이루어진 덕트 조립체의 외면을 따라 압축공기가 흘러서 연소 노즐(1230) 쪽으로 공급되며, 이 과정에서 고온의 연소가스에 의해 가열된 덕트 조립체가 적절히 냉각된다.
덕트 조립체는 탄성 지지수단(1280)을 매개로 연결된 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260)의 바깥을 유동 슬리브(1270)가 감싸는 이중 구조로 이루어져 있으며, 압축공기는 유동 슬리브(1270) 안쪽의 환형 공간 안으로 침투하여 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260)를 냉각시킨다.
여기서, 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260)의 각 일단은 연소기(1200)와 터빈(1300) 측에 각각 고정되기 때문에, 탄성 지지수단(1280)은 열팽창에 의한 길이 및 직경 신장을 수용할 수 있는 구조로 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260)를 지지할 수 있어야 한다.
연소기(1200)에서 생산된 고온, 고압의 연소가스는 덕트 조립체를 통해 터빈(1300)에 공급된다. 터빈(1300)에서는 연소가스가 단열 팽창하면서 터빈(1300)의 회전축에 방사상으로 배치된 다수의 블레이드에 충돌, 반동력을 줌으로써 연소가스의 열에너지가 회전축이 회전하는 기계적인 에너지로 변환된다. 터빈(1300)에서 얻은 기계적 에너지의 일부는 압축기에서 공기를 압축하는데 필요한 에너지로 공급되며, 나머지는 발전기를 구동하여 전력을 생산하는 등의 유효 에너지로 활용된다.
이와 같이, 가스 터빈(1000)은 주요 구성부품이 왕복운동을 하지 않기 때문에 피스톤-실린더와 같은 상호 마찰부분이 없어 윤활유의 소비가 극히 적으며, 왕복운동 기계의 특징인 진폭이 대폭 감소되고, 고속운동이 가능한 장점이 있다.
그리고, 브레이튼 사이클에서의 열효율은 공기를 압축하는 압축비가 높을수록, 그리고 등엔트로피 팽창 과정으로 유입되는 연소가스의 온도(터빈 입구 온도)가 높을수록 올라가기 때문에 가스 터빈(1000)도 압축비와 터빈 입구에서의 온도를 올리는 방향으로 발전하고 있다.
이하 도 2 내지 도 10을 참조하여, 상기 가스 터빈(1000)의 연소기(1200)에 적용되는 본 발명인 노즐 튜브 지지용 플레이트 및 이의 조립방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 노즐 튜브 지지용 플레이트(100)의 일 실시예가 구비된 가스 터빈용 연소기(1200)의 단면도이다.
이를 참조하면, 본 발명인 노즐 튜브 지지용 플레이트(100)는 복수의 노즐 튜브(1235)를 안정적으로 지지하도록 구비된다. 여기서, 상기 노즐 튜브(1235)는 연소 노즐(1230)과 이를 둘러싼 슈라우드로 구성된다. 앞서 설명한 것처럼, 연소 노즐(1230)에서 분사되는 연료는 상기 슈라우드 내에서 압축공기와 혼합된 상태로 하류로 진행하여 연소실(1240)로 진입한다.
한편, 상기 복수의 노즐 튜브(1235)는 중심 튜브를 중심으로 주위에 다수의 보조 튜브가 배치될 수 있으며, 도 2는 일 실시예로 6개의 보조 튜브가 배치된 모습을 도시한 것이다. 앞서 설명한 것처럼, 상기 복수의 노즐 튜브(1235)는 복수의 버너(1220)와 연결되어 연소기 케이싱(1210) 내에 위치하게 되는데, 본 발명인 노즐 튜브 지지용 플레이트(100)가 상기 연소기 케이싱(1210)의 중간에 구비됨으로써, 중심 튜브와 6개의 보조 튜브를 안정적으로 지지하고, 동시에 복수의 노즐 튜브(1235)가 축방향으로 독립적인 열팽창을 수용할 수 있게 된다.
본 발명인 노즐 튜브 지지용 플레이트(100)는 상기 가스 터빈용 연소기(1200)의 케이싱(1210) 내에 노즐 튜브(1235)의 개수 및 길이 등과 구조적 필요성에 따라 적어도 2개 이상 이격되어 구비될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 노즐 튜브 지지용 플레이트(100)의 일 실시예를 전체적으로 도시한 도면이고, 도 4는 본 실시예를 정면에서 바라본 도면이며, 도 5는 본 실시예를 위에서 바라본 횡단면도이다.
이를 참조하면, 상기 노즐 튜브 지지용 플레이트(100)는 고정프레임(110), 내부프레임(120) 및 완충수단(130)으로 구성된다.
상기 고정프레임(110)은 상기 환형을 이루는 연소기 케이싱(1210)의 내주면에 고정단을 형성하도록 구비된다. 상기 고정프레임(110)은 상기 연소기 케이싱(1210) 내주면을 따라 소정의 두께를 지닌 환형으로 형성될 수 있다.
상기 내부프레임(120)은 상기 고정프레임(110)의 내측에 구비되되, 복수의 노즐 튜브(1235)를 수용하기 위해 복수의 관통부(200)가 마련된다. 이처럼, 본 발명인 노즐 튜브 지지용 플레이트(100)를 물리적으로 독립된 두 개의 구조체로 구성하여 반경방향 또는 축방향의 갭(Gap)을 마련할 수 있게 된다. 이에 따라, 본 발명인 노즐 튜브 지지요 플레이트(100) 구조체의 열팽창 등에 따른 상대적 변위를 수용할 수 있게 된다.
여기서, 반경방향(Radial)이란 연소기 케이싱(1210) 중심축의 법선방향을 의미하는 것으로 도 4를 기준으로 중심에서 바깥을 향함을 의미하고(도 5를 기준으로 좌우방향), 축방향(Axial)이란 연소기 케이싱(1210) 내의 노즐 튜브(1235)의 진행방향을 의미하며 도 5를 기준으로 상하방향을 의미한다.
한편, 상기 완충수단(130)이 상기 고정프레임(110) 및 내부프레임(120) 사이에 마련된다.
상기 연소기의 케이싱(1210) 및 복수의 노즐 튜브(1235) 등은 고정된 구조체로서 터빈(1300)의 로터 회전에 의한 진동을 적잖이 전달받는데 이로 인한 응력집중이 축적되면 구조체가 파손되거나 깨지는 지경에 이를 수 있는데, 상기 고정프레임(110) 및 내부프레임(120) 사이의 갭에 상기 완충수단(130)이 구비됨으로써 가스 터빈에서 불가피하게 발생하는 주 진동(Main Frequency) 등을 적극적으로 감쇄시킬 수 있게 된다.
도 4 및 도 5를 참조하면 상기 내부프레임(120)에는 복수의 노즐 튜브(1235)가 열팽창 등에 따라 독립적으로 슬라이딩되도록 다수의 관통부(200)가 마련된다. 노즐 튜브(1235)의 배치에 대응하여 관통부(200)는 다양하게 형성될 수 있으며, 일 실시예로 중심 튜브가 관통하는 중심 관통부(210)를 중심으로 다수의 보조 튜브가 관통하도록 상기 중심 관통부(210)의 주변에는 보조 관통부(220)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 고정프레임(110)의 내주면에는 ㄷ자 단면의 홈(140)이 형성됨으로써, 상기 내부프레임(120)의 가장자리가 안정적으로 삽입 및 지지될 수 있다. 즉, 고정프레임(110)의 내주면에 상기 내부프레임(120)이 조립 또는 설치된 경우 물리적으로 이탈이 방지되어 안정적으로 복수의 노즐 튜브(1235)를 지지할 수 있게 된다. 마찬가지로, 내부프레임(120)의 가장자리가 뒤에 설명할 삽입편(121)으로 이격 형성되더라도 열팽창 등으로 인한 반경방향 또는 축방향 일정 변위를 수용하되, 완전한 이탈을 방지할 수 있게 된다.
또한, 도 5를 참조하면, 상기 완충수단(130)은 상기 고정프레임(110)의 홈(140) 내면에 구비되어 상기 고정프레임(110) 및 내부프레임(120)의 열팽창에 의한 크랙 또는 터빈(1300) 등의 고유진동에 의한 충격을 완화시킬 수 있게 된다. 상기 완충수단(130)은 생산성 또는 구조적 필요에 따라 내부프레임(120)의 가장자리에도 구비될 수 있다.
도 6은 본 실시예의 고정프레임(110)과 내부프레임(120)의 결합 부분을 확대하여 나타낸 것이다.
이를 참조하면, 상기 완충수단(130)은 반경방향 변위를 감쇄시키는 제1 완충수단(131)과, 축방향 변위를 감쇄시키는 제2 완충수단(131)으로 구성된다.
구체적으로 상기 제1 완충수단(131)은 반경방향 변위를 수용하도록 상기 고정프레임 홈(140)의 제1 내면(140a)에 구비되고, 제2 완충수단(132)은 축방향 변위를 수용하도록 상기 고정프레임 홈(140)의 제2 내면(140b)에 구비되는 것이 바람직하다.
도 6을 참조하면, 상기 고정프레임 홈(140)의 제2 내면(140b)은 양면이 대칭되도록 형성되어 제2 완충수단(132)은 생산성 또는 구조적 요구에 따라 상기 양면 중 어느 하나 또는 모두에 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 완충수단(131) 및 제2 완충수단(132)은 볼 스프링으로 구성될 수 있다. 상기 제1, 2 완충수단(131)(132)은 볼(131a)(132a)이 스프링(131a)(132b)에 결합되는 완충 구조를 취함으로써 반경방향 또는 축방향 진동 등에 의한 변위에 대응할 수 있게 된다.
도 7의 (a) 및 (b)는 각각 본 밤령인 노즐 튜브 지지용 플레이트(100)의 반경방향 및 축방향 감쇄 작용을 나타낸 것이다.
도 7의 (a)를 참조하면, 통상적으로 가스 터빈의 구동으로 발생하는 주 고유진동은 반경방향 변위에 해당할 것이므로, 상기 완충수단(130)은 고정프레임 홈(140)의 제1 내면(140a)에 볼(131a)이 결합된 스프링(131b)으로 구성하되, 상기 스프링(131b)의 일단이 고정되고, 타단은 내부프레임(120)의 가장자리와 직접 접촉하는 볼(131b)을 지지함으로써, 주로 반경방향 진동을 완충 또는 감쇄시킬 수 있다.
또한 도 7의 (b)를 참조하면, 주 진동 외에도 가스 터빈의 구동으로 인하여 상기 주 진동보단 작지만 축방향 고유진동이 발생할 수 있으며, 상기 완충수단(130)은 고정프레임 홈(140)의 제2 내면(140b)의 일면 또는 양면에 볼(132a)이 결합된 스프링(132b)으로 구성하되, 상기 스프링(132b)의 일단이 고정되고, 타단은 내부프레임(120)의 가장자리와 직접 접촉하는 볼(132b)을 지지함으로써, 반경방향과 함께 축방향 진동 또한 감쇄시킬 수 있다.
이처럼 상기 완충수단(130)은 상기 고정프레임(110)의 홈(140) 내면에 구비되어 상기 고정프레임(110)의 물리적인 변위를 감쇄시키는 구조이면 족하므로, 상기 완충수단(130)이 볼 스프링 구조로 한정되는 것은 아니고, 생산성 및 당업자의 요구에 따라 상기 완충수단(130) 중 어느 하나 또는 전부가 판 스프링 구조 등으로 구성될 수 있음은 물론이다.
도 8은 본 발명에 따른 노즐 튜브 지지용 플레이트(100)의 다른 실시예를 전체적으로 도시한 도면이다.
이를 참조하면, 상기 내부프레임(120)의 형상은, 상기 보조 관통부(220)의 외측을 따라 일정한 두께를 가지도록 가장자리가 형성됨으로써 냉각 관통부(230)가 마련되어 냉각공기를 적절히 공급할 수 있게 된다.
또한, 상기 내부프레임(120)의 가장자리는 원주 방향을 따라 일정한 간격으로 삽입편(121)이 형성되어 내부프레임(120)의 생산을 위한 재료를 절감하면서, 상기 고정프레임(110)의 내주면에 형성된 ㄷ자 단면의 홈(140)에 안정적으로 삽입 및 지지될 수 있다.
도 9은 본 발명에 따른 노즐 튜브 지지용 플레이트(100)의 또 다른 실시예를 정면에서 바라본 도면이다.
이를 참조하면, 상기 고정프레임(110)의 내주면에는 상기 내부프레임(120)의 삽입편(121)이 축방향으로 끼워지도록 상기 링 형상의 주홈(141)에 보조홈(142)이 더 형성될 수 있다. 이에 따라, 작업자가 연소기 케이싱(1210) 내주면에 노즐 튜브 지지용 플레이트를 최초 설치하거나, 유지관리를 위하여 조립 및 해체할 경우, 간편하게 이루어질 수 있게 된다.
도 10의 (a) 및 (b)는 도 9의 노즐 튜브 지지용 플레이트(100)의 조립과정을 설명하기 위한 도면이다.
이를 참조하여 설명하면, 먼저 환형을 이루는 연소기 케이싱(1210)의 내주면에 고정단을 형성하는 고정프레임(110)으로 복수의 노즐 튜브(1235)가 관통되도록 상기 연소기 케이싱(1210)의 축방향으로 내부프레임(120)을 접근시킨다(도 10의 (a), S1 화살표 참조).
그 다음, 상기 내부프레임(120)의 가장자리에 원주 방향을 따라 일정한 간격으로 형성된 삽입편(121)을 상기 고정프레임(110)의 내주면에 형성된 보조홈(142)에 축방향으로 삽입한다(도 10의 (a), S2 화살표 참조).
그 다음, 상기 내부프레임의 삽입편(121)이 상기 고정프레임(110)의 ㄷ자 단면의 홈(140) 내면에 구비된 완충수단(130)에 삽입 및 지지되도록 회전시킨다(도 10의 (a) 및 (b), S3 화살표 참조).
이처럼, 본 발명이 가스 터빈용 연소기(1200)에 적용됨으로써, 복수의 노즐 튜브(1235)를 안정적으로 지지하면서 동시에 구조체의 열팽창에 의한 크랙 또는 고유진동에 의한 충격을 완화시켜 구조체 파괴 등으로 인한 연소기 보수수요를 줄이고, 연소기 수명을 연장시킬 수 있게 된다.
아울러, 작업자 입장에서는 상기 연소기(1200)에 노즐 튜브 지지용 플레이트(100)를 최초로 설치하거나, 본 발명인 노즐 튜브 지지용 플레이트(100)를 포함하여 복수의 노즐 튜브(1235)를 지지하기 위한 결합 구조체에 대한 유지관리를 위하여 조립 또는 해체하는 경우, 신속하고 간단하게 수행될 수 있다.
이상에서 본 발명에 의한 노즐 튜브 지지용 플레이트 및 이의 조립방법에 대하여 설명하였다. 이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다.
1000 : 가스 터빈 1100 : 압축기
1200 : 연소기 1300 : 터빈
1210 : 케이싱 1220 : 버너
1230 : 연소 노즐 1235 : 노즐 튜브
100 : 노즐 튜브 지지용 플레이트 110 : 고정프레임
120 : 내부프레임 121 : 삽입편
130 : 완충수단 131 : 제1 완충수단
132 : 제2 완충수단 140 : 홈
142 : 보조홈 200 : 관통부

Claims (20)

  1. 연소 노즐과 슈라우드로 구성된 복수의 노즐 튜브를 지지하는 플레이트로서:
    환형을 이루는 연소기 케이싱의 내주면에 고정단을 형성하는 고정프레임; 및
    상기 고정프레임의 내측에 구비되되, 복수의 노즐 튜브를 수용하기 위해 복수의 관통부가 마련된 내부프레임을 포함하며,
    상기 고정프레임 및 내부프레임 사이에는 완충수단이 마련되고,
    상기 고정프레임의 내주면에는 상기 내부프레임의 가장자리가 삽입 및 지지되도록 ㄷ자 단면의 홈이 형성되는 한편 상기 완충수단은 상기 고정프레임의 홈 내면에 구비되는 것을 특징으로 하는 노즐 튜브 지지용 플레이트.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 완충수단 중 제1 완충수단은 반경방향 변위를 수용하도록 상기 고정프레임 홈의 제1 내면에 구비되고, 제2 완충수단은 축방향 변위를 수용하도록 상기 고정프레임 홈의 제2 내면에 구비되는 것을 특징으로 하는 노즐 튜브 지지용 플레이트.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 완충수단은 볼 스프링으로 구성된 것을 특징으로 하는 노즐 튜브 지지용 플레이트.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 완충수단은 볼 스프링으로 구성된 것을 특징으로 하는 노즐 튜브 지지용 플레이트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 내부프레임의 가장자리는 원주 방향을 따라 일정한 간격으로 삽입편이 형성되는 것을 특징으로 하는 노즐 튜브 지지용 플레이트.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고정프레임의 내주면에는 상기 내부프레임의 삽입편이 축방향으로 끼워지도록 보조홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 노즐 튜브 지지용 플레이트.
  9. 복수의 노즐 튜브를 지지하는 플레이트가 구비된 가스 터빈용 연소기로서:
    환형을 이루는 연소기 케이싱의 내주면에 고정단을 형성하는 고정프레임; 및
    상기 고정프레임의 내측에 구비되되, 복수의 노즐 튜브를 수용하기 위해 복수의 관통부가 마련된 내부프레임을 포함하며,
    상기 고정프레임 및 내부프레임 사이에는 완충수단이 마련되고,
    상기 고정프레임의 내주면에는 상기 내부프레임의 가장자리가 삽입 및 지지되도록 ㄷ자 단면의 홈이 형성되는 한편 상기 완충수단은 상기 고정프레임의 홈 내면에 구비된 노즐 튜브 지지용 플레이트가 구비된 가스 터빈용 연소기.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서,
    상기 완충수단 중 제1 완충수단은 반경방향 변위를 수용하도록 상기 고정프레임 홈의 제1 내면에 구비되고, 제2 완충수단은 축방향 변위를 수용하도록 상기 고정프레임 홈의 제2 내면에 구비되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 연소기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 완충수단은 볼 스프링으로 구성된 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 연소기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 완충수단은 볼 스프링으로 구성된 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 연소기.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 내부프레임의 가장자리는 원주 방향을 따라 일정한 간격으로 삽입편이 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 연소기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 고정프레임의 내주면에는 상기 내부프레임의 삽입편이 축방향으로 끼워지도록 보조홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 연소기.
  17. 연소 노즐과 슈라우드로 구성된 복수의 노즐 튜브를 지지하는 플레이트를 조립하는 방법으로서:
    환형을 이루는 연소기 케이싱의 내주면에 고정단을 형성하는 고정프레임으로 복수의 노즐 튜브가 관통되도록 상기 연소기 케이싱 내주면의 축방향으로 내부프레임을 접근시키는 단계;
    상기 내부프레임의 가장자리에 원주 방향을 따라 일정한 간격으로 형성된 삽입편을 상기 고정프레임의 내주면에 형성된 보조홈에 축방향으로 삽입하는 단계;
    상기 내부프레임의 삽입편이 상기 고정프레임의 ㄷ자 단면의 홈 내면에 구비된 완충수단에 삽입 및 지지되도록 회전시키는 단계를 포함하는 노즐 튜브 지지용 플레이트의 조립방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 완충수단 중 제1 완충수단은 반경방향 변위를 수용하도록 상기 고정프레임 홈의 제1 내면에 구비되고, 제2 완충수단은 축방향 변위를 수용하도록 상기 고정프레임 홈의 제2 내면에 구비되는 것을 특징으로 하는 노즐 튜브 지지용 플레이트의 조립방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제2 완충수단은 볼 스프링으로 구성된 것을 특징으로 하는 노즐 튜브 지지용 플레이트의 조립방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 완충수단은 볼 스프링으로 구성된 것을 특징으로 하는 노즐 튜브 지지용 플레이트의 조립방법.
KR1020170113879A 2017-09-06 2017-09-06 노즐 튜브 지지용 플레이트 및 이의 조립방법 KR101997654B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170113879A KR101997654B1 (ko) 2017-09-06 2017-09-06 노즐 튜브 지지용 플레이트 및 이의 조립방법
US16/110,707 US10865988B2 (en) 2017-09-06 2018-08-23 Plate for supporting nozzle tubes and method of assembling the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170113879A KR101997654B1 (ko) 2017-09-06 2017-09-06 노즐 튜브 지지용 플레이트 및 이의 조립방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190027162A KR20190027162A (ko) 2019-03-14
KR101997654B1 true KR101997654B1 (ko) 2019-07-08

Family

ID=65517890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170113879A KR101997654B1 (ko) 2017-09-06 2017-09-06 노즐 튜브 지지용 플레이트 및 이의 조립방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10865988B2 (ko)
KR (1) KR101997654B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013257135A (ja) * 2012-06-08 2013-12-26 General Electric Co <Ge> 燃焼器とともに使用する燃料ノズル組立体のための方法および装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3724863B2 (ja) * 1995-12-13 2005-12-07 株式会社大林組 精密除振装置
US6672073B2 (en) 2002-05-22 2004-01-06 Siemens Westinghouse Power Corporation System and method for supporting fuel nozzles in a gas turbine combustor utilizing a support plate
US7841180B2 (en) * 2006-12-19 2010-11-30 General Electric Company Method and apparatus for controlling combustor operability
US20100050640A1 (en) 2008-08-29 2010-03-04 General Electric Company Thermally compliant combustion cap device and system
US8938976B2 (en) 2011-05-20 2015-01-27 Siemens Energy, Inc. Structural frame for gas turbine combustion cap assembly

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013257135A (ja) * 2012-06-08 2013-12-26 General Electric Co <Ge> 燃焼器とともに使用する燃料ノズル組立体のための方法および装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190027162A (ko) 2019-03-14
US10865988B2 (en) 2020-12-15
US20190072278A1 (en) 2019-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102032728B1 (ko) 케이싱 지지 조립체 및 이를 포함하는 가스터빈
KR102099307B1 (ko) 라이너 냉각을 촉진하는 난류 생성 구조 및 이를 포함하는 가스 터빈용 연소기
KR102038112B1 (ko) 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈
KR101997654B1 (ko) 노즐 튜브 지지용 플레이트 및 이의 조립방법
EP3477203B1 (en) Combustor and gas turbine including the same
KR101863774B1 (ko) 트랜지션 피스 냉각성능 향상을 위한 스쿠프 배치구조 및 이를 포함하는 가스 터빈용 연소기
KR102068305B1 (ko) 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈
KR102075409B1 (ko) 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈
KR102138015B1 (ko) 버너와 이를 포함하는 연소기 및 가스 터빈
KR102084162B1 (ko) 터빈 스테이터, 터빈 및 이를 포함하는 가스터빈
KR102050562B1 (ko) 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈
KR102051988B1 (ko) 이중관 라이너 내부 유동가이드를 포함하는 가스 터빈 엔진의 연소기, 및 이를 포함하는 가스터빈
KR20190044944A (ko) 가스터빈용 h2 연료 주입 시스템
KR102131155B1 (ko) 허니콤 실 링을 구비한 연소기
KR102042973B1 (ko) 트랜지션피스 지지부를 포함하는 가스 터빈 엔진의 연소기, 및 이를 포함하는 가스 터빈
KR102565988B1 (ko) 배기 디퓨저 시스템 및 이를 포함하는 가스 터빈
KR102223117B1 (ko) 트랜지션 피스과 이를 포함하는 연소기 및 가스 터빈
KR102063623B1 (ko) 가스터빈용 연소기 노즐의 동 특성 개선구조
KR102088048B1 (ko) 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈
KR102248037B1 (ko) 마그네틱 댐퍼를 구비하는 터빈 블레이드
KR102565986B1 (ko) 진동 조절 장치 및 이를 포함하는 가스 터빈
KR102361717B1 (ko) 가스 터빈의 진동 조정 장치, 및 이를 포함하는 가스 터빈
KR102189310B1 (ko) 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈
KR101842745B1 (ko) 가스터빈의 트랜지션피스와 터빈의 결합장치
KR102126810B1 (ko) 진동 특성이 향상된 가스터빈용 연소기 노즐의 장착 구조

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant