KR102046456B1 - 연소 덕트 조립체 및 이를 포함하는 가스 터빈 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 상측에 노즐부와 헤드부가 설치되는 라이너; 라이너와 연결되어 발생된 연소가스를 터빈 측으로 안내하기 위한 트랜지션 피스; 일측이 라이너에 지지되고 타측이 라이너로부터 이격되게 설치되어 탄력적으로 움직일 수 있는 탄성 지지수단; 및 탄성 지지수단과 트랜지션 피스 사이에 설치되어 두 부재 간의 결합 강성을 향상시키며 길이방향 신장을 흡수하기 위한 나사체결부;를 포함하는 연소 덕트 조립체가 제공된다.
이에 의하면, 진동과 열팽창에 대응할 수 있는 개선된 나사 결합 방식을 통해 라이너와 트랜지션 피스의 결합 강성을 향상시키며, 기밀을 유지시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

연소 덕트 조립체 및 이를 포함하는 가스 터빈 {Combustion duct assembly and gas turbine comprising it}

본 발명은 연소 덕트 조립체 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 터빈 내부의 터빈 블레이드가 회전하게 되며, 이를 통해 동력이 발생된다. 발생된 동력은 발전, 기계 장치의 구동 등 다양한 분야에 사용된다.

연소기에는 연소 챔버에서 만들어진 고온의 연소 가스를 터빈까지 전달하기 위한 연소 덕트 조립체가 마련된다. 연소 덕트 조립체는 상측에 노즐부와 헤드부가 설치되는 라이너와, 라이너와 연결되어 발생된 연소가스를 터빈측으로 안내하기 위한 트랜지션 피스로 이루어진다.

트랜지션 피스와 연결되는 라이너의 하류측 외면에는 외측으로 볼록하게 만곡된 환형의 스프링 실이 부착되는데, 이 환형의 스프링 실은 보통 훌라 실(hula seal)로 불린다. 그리고 트랜지션 피스는 라이너의 하류측에 부착된 스프링 실의 볼록한 부분과 탄력적으로 접촉하는 이너 트랜지션 피스와, 이너 트랜지션 피스를 감싸 이중관 구조를 갖는 아우터 트랜지션 피스로 이루어진다.

따라서, 라이너와 트랜지션 피스는 스프링 실의 탄성을 매개로 상호 탄력적으로 연결되어 진동과 열팽창에 적절히 대응하는 것이다.

그런데 종래의 연소 덕트 조립체는 진동과 열팽창에 의해 스프링 실의 탄성이 점차 약해져 라이너와 트랜지션 피스의 결합 강성을 떨어뜨리는 문제가 있다. 또한, 진동에 의해 스프링 실의 볼록한 부분과 이너 트랜지션 피스 간에 기밀유지가 취약하다는 문제가 있다.

대한민국 공개특허 제10-2006-0087872호 (명칭: 압축기 내부 공기의 냉각 장치를 구비한 가스 터빈 장치)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 라이너와 트랜지션 피스의 결합 강성을 개선하며, 기밀을 유지시킬 수 있는 연소 덕트 조립체 및 이를 포함하는 가스 터빈을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 덕트 조립체는, 연소 챔버를 형성하는 라이너; 및 라이너와 연결되어 발생된 연소가스를 터빈 측으로 안내하기 위한 트랜지션 피스;를 포함하며, 라이너와 트랜지션 피스 사이에는, 나사 결합 방식으로써 두 부재 간의 결합 강성을 향상시키기 위한 나사체결부가 마련된 것을 특징으로 한다.

나사체결부는, 라이너의 외측에 설치된 숫나사와, 트랜지션 피스의 내측에 설치되어 숫나사와 서로 맞물릴 수 있는 암나사를 포함하는 것을 특징으로 한다.

숫나사와 암나사는, 각각 라이너, 트랜지션 피스와 단일의 부재로서 일체로 제작되거나, 별도로 제작되어 각각 라이너의 외측과 트랜지션 피스의 내측에 결합되는 것을 특징으로 한다.

숫나사와 암나사의 나사산 경사 각도는, 55도 내지 60도로 형성된 것을 특징으로 한다.

숫나사와 암나사의 나사산 단부에는, 일정 깊이의 홈이 각각 마련된 것을 특징으로 한다.

숫나사와 암나사의 홈은, 링 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.

숫나사와 암나사의 홈의 단면은, 사다리꼴, 사각, 톱니 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

숫나사와 암나사의 홈의 바닥은, 오목하게 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 연소 덕트 조립체는, 연소 챔버를 형성하는 라이너; 라이너와 연결되어 발생된 연소가스를 터빈 측으로 안내하기 위한 트랜지션 피스; 일측이 라이너에 지지되고 타측이 라이너로부터 이격되게 설치되어 탄력적으로 움직일 수 있는 탄성 지지수단; 및 탄성 지지수단과 트랜지션 피스 사이에 설치되어 두 부재 간의 결합 강성을 향상시키며 길이방향 신장을 흡수하기 위한 나사체결부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

나사체결부는, 탄성 지지수단의 외측에 설치된 숫나사와, 트랜지션 피스의 내측에 설치되어 숫나사와 서로 맞물릴 수 있는 암나사를 포함하는 것을 특징으로 한다.

숫나사와 암나사의 나사산 경사 각도는, 55도 내지 60도로 형성된 것을 특징으로 한다.

숫나사는, 길이방향으로 탄성 지지수단의 탄성 방향과 반대방향으로 기울어진 경사 각도를 가지는 것을 특징으로 한다.

숫나사와 암나사의 나사산 단부에는, 일정 깊이의 홈이 각각 마련된 것을 특징으로 한다.

숫나사와 암나사의 홈은, 링 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.

숫나사와 암나사의 홈의 단면은, 사다리꼴, 사각, 톱니 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

숫나사와 암나사의 홈의 바닥은, 오목하게 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 터빈은, 공기를 압축시키기 위한 압축기와, 압축기의 압축공기를 유입받아 연료와 혼합하여 연소시키는 연소기와, 연소기에서 연소된 가스에 의해 회전하여 동력을 발생시키는 터빈을 포함하며, 연소기는, 연소 챔버를 형성하는 라이너; 라이너와 연결되어 발생된 연소가스를 터빈 측으로 안내하기 위한 트랜지션 피스; 일측이 라이너에 지지되고 타측이 라이너로부터 이격되게 설치되어 탄력적으로 움직일 수 있는 탄성 지지수단; 및 탄성 지지수단과 트랜지션 피스 사이에 설치되어 두 부재 간의 결합 강성을 향상시키며 길이방향 신장을 흡수하기 위한 나사체결부;로 구성된 연소 덕트 조립체를 포함한다.

나사체결부는, 탄성 지지수단의 외측에 설치된 숫나사와, 트랜지션 피스의 내측에 설치되어 숫나사와 서로 맞물릴 수 있는 암나사를 포함하는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 연소 덕트 조립체 및 이를 포함하는 가스 터빈에 의하면, 진동과 열팽창에 대응할 수 있는 개선된 나사 결합 방식을 통해 라이너와 트랜지션 피스의 결합 강성을 향상시키며, 기밀을 유지시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부를 보인 도면이다.
도 2는 도 1의 연소기의 단면을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 라이너와 트랜지션 피스의 결합부분을 분해해서 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 'A'를 확대해서 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3의 'B'를 확대해서 나타낸 도면이다.
도 6은 도 3의 숫나사의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 7 및 도 8은 도 3의 숫나사의 또 다른 변형예를 각각 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 터빈의 연소기 요부를 보인 도면이다.

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. 이때, 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.

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 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부를 보인 도면이고, 도 2는 도 1의 연소기의 단면을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 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. 도 1과 같은 대형 가스 터빈(1000)에서의 압축기(1100)는 다단 축류 압축기로 구성되어 각 단을 거치면서 목표로 하는 압축비까지 대량의 공기를 압축한다.

그리고, 연소기(1200)는 압축기(1100)의 출구로부터 공급되는 압축공기를 연료와 혼합하여 등압 연소시켜 높은 에너지의 연소가스를 만들어 낸다. 연소기(1200)는 압축기(1100)의 하류에 배치되며, 환형을 이루는 연소기 케이싱(1210)을 따라 복수 개의 점화기(1220)가 배치된다. 각 점화기(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 규제의 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 연소(pre-mixed combustion)가 많이 적용된다.

예혼합 연소의 경우에는 압축공기가 연소 노즐(1230)에서 분사되는 연료와 혼합된 후 연소 챔버(1240) 안으로 들어간다. 예혼합 가스의 최초 점화는 점화기(1220)를 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. 특히 가스 터빈(1000)에 있어서는 터빈 입구 온도(Turbine Inlet Temperature, TIT)가 매우 중요하게 취급되는데, 일반적으로 터빈 입구 온도가 높을수록 가스 터빈(1000)의 효율이 증가하기 때문이다. 또한, 터빈 입구 온도가 높을수록 가스 터빈 복합 발전에도 유리하다. 이 때문에 가스 터빈(1000)의 등급을 분류할 때도 터빈 입구 온도를 기준으로 한다.

터빈 입구 온도를 올리기 위해서는 결국 연소가스의 온도를 상승시켜야 하고, 따라서 고온의 연소가스가 유동하는 연소기(1200)의 연소 챔버(1240)와 유로를 형성하는 연소 덕트 조립체의 재질이 강한 내열성능을 가지도록 하는 것은 물론 양호하게 냉각시킬 수 있는 설계가 중요하다.

도 2에서 확대 도시된 부분을 참조하면, 연소기(1200)와 터빈(1300) 사이를 연결하여 고온의 연소가스가 유동하는 연소 덕트 조립체, 즉 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260), 유동 슬리브(1270)로 이루어진 연소 덕트 조립체의 외면을 따라 압축공기가 흘러서 연소 노즐(1230) 쪽으로 공급되며, 이 과정에서 고온의 연소가스에 의해 가열된 연소 덕트 조립체가 적절히 냉각된다.

연소 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.

라이너(1250)는 연소기(1200)의 점화기(1220)에 연결되는 관 부재로서, 라이너(1250) 내부의 공간이 연소 챔버(1240)를 형성하게 된다. 그리고, 라이너(1250)와 연결되는 트랜지션 피스(1260)는 터빈(1300)의 입구와 연결되어 고온의 연소가스를 터빈(1300)으로 유도하는 역할을 한다.

유동 슬리브(1270)는 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260)를 보호하는 한편 고온의 열기가 외부로 직접 방출되는 것을 막아주는 역할을 한다.

특히, 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260)는 고온의 연소가스에 직접 접촉하기 때문에 적절한 냉각이 필수적이다. 기본적으로는 압축공기를 이용한 필름 냉각을 통해 고온의 연소가스로부터 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260)를 보호한다.

이를 위해 트랜지션 피스(1260)에는 그 외주면을 따라 다수의 냉각홀(도면부호 생략)이 구비될 수 있다. 이러한 냉각홀은 특별히 개수가 제한되는 것이 아니며, 필요한 경우에 따라 조절될 수 있다. 트랜지션 피스(1260)에 냉각홀이 마련됨으로써, 라이너(1250) 사이를 따라 압축공기를 유입시켜 연소 챔버(1240)와 접하는 라이너(1250)를 냉각시킬 수 있다.

그리고, 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260)의 각 일단은 연소기(1200)와 터빈(1300) 측에 각각 고정되기 때문에, 탄성 지지수단(1280)을 통해 열팽창에 의한 직경 방향 신장을 수용할 수 있도록 설치된다. 즉, 탄성 지지수단(1280)은 일측이 라이너(1250)에 지지되고 타측이 라이너(1250)로부터 이격되게 설치되어 탄력적으로 움직일 수 있으며, 이러한 구조로서 트랜지션 피스(1260)의 선단을 지지할 수 있다. 탄성 지지수단(1280)의 타측 단부에는 돌기(1280-1)가 마련될 수 있다.

도 3은 도 2의 라이너와 트랜지션 피스의 결합부분을 분해해서 나타낸 도면이다.

탄성 지지수단(1280)과 트랜지션 피스(1260) 사이에는 나사 결합 방식으로써 두 부재 간의 결합 강성을 향상시키기 위한 나사체결부(1290)가 마련될 수 있다.

도 3을 참조하면, 나사체결부(1290)는 탄성 지지수단(1280)의 외측에 설치된 숫나사(1290-1)와, 트랜지션 피스(1260)의 내측에 설치되어 숫나사(1290-1)와 서로 맞물릴 수 있는 암나사(1290-2)로 이루어질 수 있다. 이때, 숫나사(1290-1)와 암나사(1290-2)는 각각 탄성 지지수단(1280)과 트랜지션 피스(1260)와 단일의 부재로서 일체로 제작되거나, 별도의 부재로 제작되어 각각 탄성 지지수단(1280)의 외측과 트랜지션 피스(1260)의 내측에 나사결합, 용접 등의 방식으로 결합되어 구성될 수 있다.

또, 본 실시예의 나사 형상은 사다리꼴로서 숫나사(1290-1)와 암나사(1290-2)의 나사산 경사 각도(α)가 공히 마찰력을 최대로 할 수 있도록 한 줄 나사에 적합한 약 55도 내지 60도를 가짐이 바람직하다. 이 각도 범위 내에서 두 줄 나사 형태도 가능함은 물론이다. 즉, 줄 수가 추가되어 나사산 경사 각도(α)가 60도를 초과하게 되면 두 부재 간의 체결력이 급격히 약하될 수 있음을 감안한 것이다.

도 4는 도 3의 'A'를 확대해서 나타낸 도면이고, 도 5는 도 3의 'B'를 확대해서 나타낸 도면이다.

아울러, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 숫나사(1290-1)와 암나사(1290-2)의 각 나사산 단부에는 일정 깊이의 홈(1290-1a)(1290-2a)이 각각 마련되어 열팽창에 의한 길이방향 신장과 진동으로 인한 충격을 흡수할 수 있도록 설치된다. 숫나사(1290-1)와 암나사(1290-2)의 홈(1290-1a)(1290-2a)은 링 형태로 이루어질 수 있다. 이때 홈(1290-1a)(1290-2a)의 단면 형상은 도시된 바와 같은 동일한 내경에 한정되지 않으며, 사다리꼴, 후술할 사각, 톱니 등 다양한 변형이 가능함은 물론이다. 그리고 홈(1290-1a)(1290-2a)의 바닥은 오목하게 형성되어 각 나사산의 반복된 신축으로부터 유연성을 가지도록 함이 바람직하다.

앞서 설명한 바와 같이, 탄성 지지수단(1280)은 열팽창에 의한 직경 신장을 수용할 수 있도록 설치된다. 즉, 탄성 지지수단(1280)은 일측이 라이너(1250)에 지지되고 타측이 라이너(1250)로부터 이격되게 설치되어 탄력적으로 움직일 수 있으므로 숫나사(1290-1)와 암나사(1290-2)의 체결강성을 약하게 할 수 있다.

도 6은 도 3의 숫나사의 변형예를 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 암나사(1290-2, 도 3 참조)와의 체결강성을 보존하기 위한 숫나사(2290-1)가 개시되어 있다. 즉, 변형예의 숫나사(2290-1)는 길이방향으로 탄성 지지수단(1280)의 탄성 방향과 반대방향으로 기울어진 경사 각도(β)를 가지도록 형성될 수 있다. 이때 경사 각도(β)는 탄성 지지수단(1280)의 탄성력을 감안하여 약 10도 내지 15도 각도로 형성될 수 있다.

나사 형상은 사다리꼴로서 숫나사(2290-1)와 암나사(1290-2)의 나사산 경사 각도(α)가 공히 마찰력을 최대로 할 수 있도록 한 줄 나사에 적합한 약 55도 내지 60도를 가짐이 바람직하다.

아울러, 도시 생략되었으나 변형예의 숫나사(2290-1) 및 이와 대응하는 암나사(1290-2)의 각 나사산 단부에는 링 형태의 홈(도시 생략, 도 5의 일 실시예의 숫나사(1290-1) 참조)이 각각 마련되어 열팽창에 의한 길이방향 신장을 적절히 흡수할 수 있게 된다.

도 7 및 도 8은 도 3의 숫나사의 또 다른 변형예를 각각 나타낸 도면이다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 또 다른 변형예의 숫나사(3290-1)는 사각 형상 또는 톱니 형상으로도 이루어질 수 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 터빈의 연소기 요부를 보인 도면이다. 다만, 일 실시예와 동일한 구성에 대한 것은 도 1 및 도 2를 참조하며 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연소기의 연소 덕트 조립체는 본 발명의 일 실시예와 달리 탄성 지지수단(1280)을 생략하여 구성되는바, 라이너(2250), 트랜지션 피스(2260) 및 나사체결부(1290)를 포함한다.

라이너(2250)는 연소기(1200)의 점화기(1220)에 연결되는 관 부재로서, 라이너(2250) 내부의 공간이 연소 챔버(1240)를 형성하며, 라이너(2250)와 연결되는 트랜지션 피스(2260)는 터빈(1300)의 입구와 연결되어 고온의 연소가스를 터빈(1300)으로 유도하는 역할을 한다.

특히, 라이너(2250)와 트랜지션 피스(2260)는 고온의 연소가스에 직접 접촉하기 때문에 적절한 냉각이 필수적이다. 기본적으로는 압축공기를 이용한 필름 냉각을 통해 고온의 연소가스로부터 라이너(2250)와 트랜지션 피스(2260)를 보호한다. 이를 위해 트랜지션 피스(2260)에는 그 외주면을 따라 다수의 냉각홀(도면부호 생략)이 구비될 수 있다. 이러한 냉각홀은 특별히 개수가 제한되는 것이 아니며, 필요한 경우에 따라 조절될 수 있다. 트랜지션 피스(2260)에 냉각홀이 마련됨으로써, 라이너(2250) 사이를 따라 압축공기를 유입시켜 연소 챔버(1240)와 접하는 라이너(2250)를 냉각시킬 수 있다.

한편, 나사체결부(5290)는 라이너(2250)와 트랜지션 피스(2260) 사이에 나사 결합 방식으로 설치되어 두 부재를 결합시킨다. 이를 위해 나사체결부(5290)는 라이너(2250)의 외측에 설치된 숫나사(5290-1)와, 트랜지션 피스(2260)의 내측에 설치되어 숫나사(5290-1)와 서로 맞물릴 수 있는 암나사(5290-2)로 이루어질 수 있다.

본 실시예의 나사체결부(5290) 역시 숫나사(5290-1)와 암나사(5290-2)의 나사산 경사 각도(α)가 공히 마찰력을 최대로 할 수 있도록 한 줄 나사에 적합한 약 55도 내지 60도를 가짐이 바람직하다. 이 각도 범위 내에서 두 줄 나사 형태도 가능하며, 줄 수가 추가되어 나사산 경사 각도(α)가 60도를 초과하게 되면 두 부재 간의 체결력이 급격히 약하될 수 있으므로 제한적으로 적용됨이 바람직하다.

연소기(1200)에서 생산된 고온, 고압의 연소가스는 연소 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.

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 전술한 바와 같이 등엔트로피 팽창 과정으로 유입되는 연소가스의 온도(터빈 입구 온도)가 높을수록 올라가기 때문에 가스 터빈(1000)도 압축비와 터빈(1300) 입구에서의 온도를 올리는 방향으로 발전하고 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 연소 덕트 조립체 및 이를 포함하는 가스 터빈에 의하면, 진동과 열팽창에 대응할 수 있는 개선된 나사 결합 방식을 통해 라이너와 트랜지션 피스의 결합 강성을 향상시키며, 기밀을 유지시킬 수 있는 장점이 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 이에 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

1000: 가스터빈 1100: 압축기
1200: 연소기 1210: 연소기 케이싱
1220: 점화기 1230: 연소 노즐
1240: 연소 챔버 1250, 2250: 라이너
1260, 2260: 트랜지션 피스 1270: 유동 슬리브
1280: 탄성 지지수단 1290, 5290: 나사체결부
1290-1, 2290-1, 3290-1, 4290-1, 5290-1: 숫나사
1290-2, 5290-2: 암나사

Claims (18)

1. 연소 챔버를 형성하는 라이너; 및
   상기 라이너와 연결되어 발생된 연소가스를 터빈 측으로 안내하기 위한 트랜지션 피스;를 포함하며,
   상기 라이너와 상기 트랜지션 피스 사이에는, 나사 결합 방식으로써 두 부재 간의 결합 강성을 향상시키기 위한 나사체결부가 마련되고,
   상기 나사체결부는, 상기 라이너의 외측에 설치된 숫나사와, 상기 트랜지션 피스의 내측에 설치되어 상기 숫나사와 서로 맞물릴 수 있는 암나사를 포함하며,
   상기 숫나사와 상기 암나사는, 각각 상기 라이너, 상기 트랜지션 피스와 일체로 제작되거나, 별도로 제작되어 각각 상기 라이너의 외측과 상기 트랜지션 피스의 내측에 결합되는 것을 특징으로 하는 연소 덕트 조립체.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 숫나사와 상기 암나사의 나사산 경사 각도는, 55도 내지 60도로 형성된 것을 특징으로 하는 연소 덕트 조립체.
5. 제1항에 있어서,
   상기 숫나사와 상기 암나사의 나사산 단부에는, 일정 깊이의 홈이 각각 마련된 것을 특징으로 하는 연소 덕트 조립체.
6. 제5항에 있어서,
   상기 숫나사와 상기 암나사의 홈은, 링 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 연소 덕트 조립체.
7. 제5항에 있어서,
   상기 숫나사와 상기 암나사의 홈의 단면은, 사다리꼴, 사각, 톱니 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 연소 덕트 조립체.
8. 제5항에 있어서,
   상기 숫나사와 상기 암나사의 홈의 바닥은, 오목하게 형성된 것을 특징으로 하는 연소 덕트 조립체.
9. 연소 챔버를 형성하는 라이너;
   상기 라이너와 연결되어 발생된 연소가스를 터빈 측으로 안내하기 위한 트랜지션 피스;
   일측이 상기 라이너에 지지되고 타측이 상기 라이너로부터 이격되게 설치되어 탄력적으로 움직일 수 있는 탄성 지지수단; 및
   상기 탄성 지지수단과 상기 트랜지션 피스 사이에 설치되어 두 부재 간의 결합 강성을 향상시키며 길이방향 신장을 흡수하기 위한 나사체결부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 덕트 조립체.
10. 제9항에 있어서,
    상기 나사체결부는, 상기 탄성 지지수단의 외측에 설치된 숫나사와, 상기 트랜지션 피스의 내측에 설치되어 상기 숫나사와 서로 맞물릴 수 있는 암나사를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 덕트 조립체.
11. 제10항에 있어서,
    상기 숫나사와 상기 암나사의 나사산 경사 각도는, 55도 내지 60도로 형성된 것을 특징으로 하는 연소 덕트 조립체.
12. 제10항에 있어서, 상기 숫나사는,
    길이방향으로 상기 탄성 지지수단의 탄성 방향과 반대방향으로 기울어진 경사 각도를 가지는 것을 특징으로 하는 연소 덕트 조립체.
13. 제10항에 있어서,
    상기 숫나사와 상기 암나사의 나사산 단부에는, 일정 깊이의 홈이 각각 마련된 것을 특징으로 하는 연소 덕트 조립체.
14. 제13항에 있어서,
    상기 숫나사와 상기 암나사의 홈은, 링 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 연소 덕트 조립체.
15. 제13항에 있어서,
    상기 숫나사와 상기 암나사의 홈의 단면은, 사다리꼴, 사각, 톱니 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 연소 덕트 조립체.
16. 제13항에 있어서,
    상기 숫나사와 상기 암나사의 홈의 바닥은, 오목하게 형성된 것을 특징으로 하는 연소 덕트 조립체.
17. 공기를 압축시키기 위한 압축기와, 상기 압축기의 압축공기를 유입받아 연료와 혼합하여 연소시키는 연소기와, 상기 연소기에서 연소된 가스에 의해 회전하여 동력을 발생시키는 터빈을 포함하며,
    상기 연소기는,
    연소 챔버를 형성하는 라이너;
    상기 라이너와 연결되어 발생된 연소가스를 터빈 측으로 안내하기 위한 트랜지션 피스;
    일측이 상기 라이너에 지지되고 타측이 상기 라이너로부터 이격되게 설치되어 탄력적으로 움직일 수 있는 탄성 지지수단; 및
    상기 탄성 지지수단과 상기 트랜지션 피스 사이에 설치되어 두 부재 간의 결합 강성을 향상시키며 길이방향 신장을 흡수하기 위한 나사체결부;
    로 구성된 연소 덕트 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
18. 제17항에 있어서,
    상기 나사체결부는, 상기 탄성 지지수단의 외측에 설치된 숫나사와, 상기 트랜지션 피스의 내측에 설치되어 상기 숫나사와 서로 맞물릴 수 있는 암나사를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.

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