KR102088048B1 - 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈 - Google Patents

연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈 Download PDF

Info

Publication number
KR102088048B1
KR102088048B1 KR1020190151439A KR20190151439A KR102088048B1 KR 102088048 B1 KR102088048 B1 KR 102088048B1 KR 1020190151439 A KR1020190151439 A KR 1020190151439A KR 20190151439 A KR20190151439 A KR 20190151439A KR 102088048 B1 KR102088048 B1 KR 102088048B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
compressed air
cooling
liner
outer liner
combustor
Prior art date
Application number
KR1020190151439A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190132978A (ko
Inventor
이동곤
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 KR1020190151439A priority Critical patent/KR102088048B1/ko
Publication of KR20190132978A publication Critical patent/KR20190132978A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102088048B1 publication Critical patent/KR102088048B1/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
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04—Air inlet arrangements
    • F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • 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
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/16—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration with devices inside the flame tube or the combustion chamber to influence the air or gas flow
    • 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
    • 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
    • F23R2900/03041—Effusion cooled combustion chamber walls or domes

Abstract

본 발명에 따르면, 내측이 연소 챔버와 접하는 이너 라이너; 이너 라이너의 외측을 감싸 유입된 압축공기가 유동될 수 있는 냉각 유로를 형성하는 아우터 라이너; 및 아우터 라이너의 내측 면에 압축공기의 유동 방향 및 그 원주면 방향으로 돌출되어 충돌제트를 일으키도록 일정 간격으로 설치되는 다수의 냉각 가이드;를 포함하는 연소기가 제공된다.
이에 의하면, 이너 라이너에 대한 충돌제트를 보다 효과적으로 가이드하여 라이너 냉각효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈 {Combustor and gas turbine comprising the same}
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 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.
이때 라이너는 이너 라이너와 아우터 라이너로 2중 관 구조이다. 라이너는 내열합금(heat resisting alloy)으로 제작되는 것이 일반적이고 이 내열합금의 사용온도는 그다지 높지 않다. 따라서, 라이너의 내열성이 개선되도록 하는 방안으로 라이너를 냉각시키는 방법이 사용된다. 라이너를 냉각시키는 대표적인 냉각방법으로는 충돌제트냉각(impinging jet cooling)이 있다. 충돌제트냉각은 고온의 연소가스가 직접 접촉하는 라이너의 내측의 바깥면에 대해 냉각 유체의 제트를 분사시킴으로써 간접적으로 온도를 낮추는 방식이다.
이를 위해 종래의 이너 라이너에는 다수의 띠 형태의 냉각 가이드가 마련되는데, 진행방향으로 갈수록 냉각효율이 저하되어 이에 대한 대책이 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허 제10-2006-0087872호 (명칭: 압축기 내부 공기의 냉각 장치를 구비한 가스 터빈 장치)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 라이너의 냉각효율을 향상시킬 수 있는 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 연소기는, 내측이 연소 챔버와 접하는 이너 라이너; 이너 라이너의 외측을 감싸 유입된 압축공기가 유동될 수 있는 냉각 유로를 형성하는 아우터 라이너; 및 아우터 라이너의 내측 면에 압축공기의 유동 방향 및 그 원주면 방향으로 돌출되어 충돌제트를 일으키도록 일정 간격으로 설치되며, 일측에 압축공기의 진행방향과 대향하는 면에 형성된 곡면부와, 곡면부와 분리되어 양측 개방된 안내 유로를 형성하는 관통구를 구비하는 다수의 냉각 가이드;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소기는 내측이 연소 챔버와 접하는 이너 라이너; 이너 라이너의 외측을 감싸 유입된 압축공기가 유동될 수 있는 냉각 유로를 형성하는 아우터 라이너; 및 아우터 라이너의 내측 면에 압축공기의 유동 방향 및 그 원주면 방향으로 돌출되어 충돌제트를 일으키도록 일정 간격으로 설치되며, 일측에 압축공기의 진행방향과 대향하는 면에 곡면부가 형성되되, 폭 방향 단면이 사각형상으로서 곡면부의 유동방향으로 갈수록 그 폭이 확장되는 다수의 냉각 가이드;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소기에서 냉각 가이드는 높이(d1)보다 공기 유동 방향으로의 길이(d2)가 더 길게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소기에서 냉각 가이드는 그 내주면 방향으로 복수의 횡렬이 교차되게 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈은 공기를 압축시키기 위한 압축기와, 압축기로부터 압축된 공기를 유입받아 연료와 혼합하여 연소시키는 연소기와, 연소기에서 연소된 가스에 의해 회전하여 동력을 발생시키는 터빈을 포함한다. 연소기는 내측이 연소 챔버와 접하는 이너 라이너; 이너 라이너의 외측을 감싸 유입된 압축공기가 유동될 수 있는 냉각 유로를 형성하는 아우터 라이너; 및 아우터 라이너의 내측 면에 압축공기의 유동 방향 및 그 원주면 방향으로 돌출되어 충돌제트를 일으키도록 일정 간격으로 설치되며, 일측에 압축공기의 진행방향과 대향하는 면에 형성된 곡면부와, 곡면부와 분리되어 양측 개방된 안내 유로를 형성하는 관통구를 구비하는 다수의 냉각 가이드;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈은 공기를 압축시키기 위한 압축기와, 압축기로부터 압축된 공기를 유입받아 연료와 혼합하여 연소시키는 연소기와, 연소기에서 연소된 가스에 의해 회전하여 동력을 발생시키는 터빈을 포함한다. 연소기는 내측이 연소 챔버와 접하는 이너 라이너; 이너 라이너의 외측을 감싸 유입된 압축공기가 유동될 수 있는 냉각 유로를 형성하는 아우터 라이너; 및 아우터 라이너의 내측 면에 압축공기의 유동 방향 및 그 원주면 방향으로 돌출되어 충돌제트를 일으키도록 일정 간격으로 설치되며, 일측에 압축공기의 진행방향과 대향하는 면에 곡면부가 형성되되, 폭 방향 단면이 사각형상으로서 곡면부의 유동방향으로 갈수록 그 폭이 확장되는 다수의 냉각 가이드;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에서 냉각 가이드는 높이(d1)보다 공기 유동 방향으로의 길이(d2)가 더 길게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에서 냉각 가이드는 그 내주면 방향으로 복수의 횡렬이 교차되게 배치될 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈에 의하면, 이너 라이너에 대한 충돌제트를 보다 효과적으로 가이드하여 라이너 냉각효율을 향상시킬 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 'A'를 확대해서 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 냉각 가이드를 입체적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3의 아우터 라이너 내면을 평면으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 4의 냉각 가이드의 제1변형예를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 4의 냉각 가이드의 제2변형예를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 4의 냉각 가이드의 제3변형예를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 4의 냉각 가이드의 제4변형예를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 4의 냉각 가이드의 제5변형예를 나타낸 도면이다.
도 11은 도 10의 냉각 가이드가 아우터 라이너 내면에 설치된 상태를 나타낸 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 연소가스(GAS)를 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 연료 주입기(1230)가 구비되며, 이 연료 주입기(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 연료 주입기(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 연소가스(GAS)의 온도를 상승시켜야 하고, 따라서 고온의 연소가스(GAS)가 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 연소가스(GAS)가 유동하는 연소 덕트 조립체, 즉 라이너(1250)와 이너 트랜지션 피스(1260) 및 아우터 트랜지션 피스(1270)를 포함하는 연소 덕트 조립체의 외면을 따라 압축공기가 흘러서 연료 주입기(1230) 쪽으로 공급되며, 이 과정에서 고온의 연소가스(GAS)에 의해 가열된 연소 덕트 조립체가 적절히 냉각된다.
연소 덕트 조립체는 탄성 지지수단(1280)을 매개로 연결된 라이너(1250)와 이너 트랜지션 피스(1260)의 바깥을 아우터 트랜지션 피스(1270)가 감싸는 이중 구조로 이루어져 있으며, 압축공기는 아우터 트랜지션 피스(1270) 안쪽의 환형 공간 안으로 침투하여 후술할 이너 라이너(1251)와 이너 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 이너 트랜지션 피스(1260)는 터빈(1300)의 입구와 연결되어 고온의 연소가스(GAS)를 터빈(1300)으로 유도하는 역할을 한다.
후술할 이너 라이너(1251)와 이너 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 탄력적으로 움직일 수 있으며, 이러한 구조로서 트랜지션 피스(1260)의 선단을 지지할 수 있다.
도 3은 도 2의 'A'를 확대해서 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 라이너(1250)는 내측이 연소 챔버(1240)와 접하는 이너 라이너(1251)와, 이너 라이너(1251)의 외측을 감싸 유입된 압축공기(P1)가 유동될 수 있는 냉각각 유로를 형성하는 아우터 라이너(1252)로 이루어질 수 있다. 이너 라이너(1251)는 연소 챔버(1240)에서 생성되는 고온의 연소가스(GAS)와 직접 접촉되어 연소가스(GAS)로부터 직접적인 열전달이 이루어진다. 아우터 라이너(1252)는 이너 라이너(1251)와의 사이에 냉각 유로가 형성되도록 이너 라이너(1251)로부터 이격되어 배치된다. 냉각 유로는 유입된 압축공기(P1)가 유동하는 통로이며, 이 냉각 유로로 냉각 공기가 유입되도록 아우터 라이너(1252)에는 유입홀(도시 생략)이 형성될 수 있다.
유입홀을 통해 냉각 유로로 유입되는 냉각 공기는 가스터빈의 압축기(1100)로부터 공급되는 압축 공기일 수 있다. 라이너(1250)는 케이스 캔(도시 생략) 내부에 구비될 수 있으며, 압축기에서 생성된 압축 공기는 케이스 캔 내부로 유입된 후 라이너(1250)의 외면을 따라 유동하는 과정에서 유입홀을 통해 냉각 유로로 유입될 수 있다. 냉각 유로로 유입된 냉각 공기는 유동하는 과정에서 이너 라이너(1251)와 접촉하게 되고, 이 과정에서 이너 라이너(1251)를 냉각시킬 수 있다.
이때 아우터 라이너(1252)의 내측에는 압축공기(P1)의 유동 방향 및 그 원주면 방향으로 압축공기(P1)의 일부(P2)로써 충돌제트를 일으킬 수 있는 다수의 냉각 가이드(1252-1)가 일정 간격으로 설치될 수 있다.
도 4는 도 3의 냉각 가이드를 입체적으로 나타낸 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 냉각 가이드(1252-1)의 일측에는 압축공기(P1)의 진행방향과 대향하는 면에 곡면부(1252-1a)가 마련되어 압축공기(P1)의 일부(P2)를 이너 라이너(1251)로 안내할 수 있도록 형성된다. 이때, 냉각 가이드(1252-1)의 폭(W) 방향 단면은 사각형상이고, 유동저항에 따른 진동 및 소음 등을 유발시키지 않도록 높이(d1)보다 길이(d2)가 더 길게 형성됨이 바람직하다.
도 5는 도 3의 아우터 라이너 내면을 평면으로 나타낸 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 아우터 라이너(1252)를 평면상에서 보면, 냉각 가이드(1252-1)는 그 내주면 방향으로 복수의 횡렬이 교차되게 배치되어 내주면에 인접하게 유동하는 압축공기(P1)의 흐름이 방해되지 않도록 형성될 수 있다.
도 6은 도 4의 냉각 가이드의 제1변형예를 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하면, 냉각 가이드(1252-2)는 그 일측에 압축공기(P1)의 진행방향과 대향하는 면에 음형진 곡면부(1252-2a)가 마련되어 압축공기(P1)의 일부(P2)를 이너 라이너(1251)로 안내할 수 있도록 형성된다. 이에 의하면, 곡면부(1252-2a)의 양측으로 기립된 벽을 형성시킴으로써 압축공기(P1)의 일부(P2)가 이너 라이너(1251) 측으로 보다 안정되게 안내될 수 있도록 할 수 있다.
도 7은 도 4의 냉각 가이드의 제2변형예를 나타낸 도면이다. 도 7을 참조하면, 냉각 가이드(1252-3)는 그 일측에 압축공기(P1)의 진행방향과 대향하는 면에 곡면부(1252-3a)가 마련됨은 물론, 곡면부(1252-3a)와 분리되도록 양측 개방된 또 다른 안내 유로를 형성하는 관통구(1252-3b)가 형성될 수 있다. 이에 의하면, 압축공기(P1)의 일부(P2)를 두 흐름으로 나누어 이너 라이너(1251)로 안내할 수 있도록 형성된다. 따라서, 이너 라이너(1251) 측으로 안내되는 압축공기(P1)의 일부(P2)를 손실없이 가이드할 수 있게 됨으로써 이너 라이너(1251)에 대한 냉각 효과를 증대시킬 수 있다.
도 8은 도 4의 냉각 가이드의 제3변형예를 나타낸 도면이고, 도 9는 도 4의 냉각 가이드의 제4변형예를 나타낸 도면이다.
도 8에 도시된 냉각 가이드(1252-4)는 앞서 설명된 도 4의 냉각 가이드(1252-1)와 비교하여 볼 때, 압축공기(P1)의 진행방향과 대향하는 면의 선단 및 후단의 평면을 각각 배제하도록 곡면부(1252-4a)를 형성하였으며, 도 9에 도시된 냉각가이드(1252-5)는 도 4의 냉각 가이드(1252-1)와 비교하여 볼 때, 압축공기(P1)의 진행방향과 대향하는 면의 선단 및 후단의 평면을 각각 배제하도록 평면부(1252-5a)를 형성하도록 이루어질 수 있다.
도 10은 도 4의 냉각 가이드의 제5변형예를 나타낸 도면이고, 도 11은 도 10의 냉각 가이드가 아우터 라이너 내면에 설치된 상태를 나타낸 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 냉각 가이드(1252-6)의 일측에는 압축공기(P1)의 진행방향과 대향하는 면에 곡면부(1252-6a)가 마련되어 압축공기(P1)의 일부(P2)를 이너 라이너(1251)로 안내할 수 있도록 형성된다. 이때, 냉각 가이드(1252-6)의 폭(W) 방향 단면은 사각형상으로서 유동방향으로 확장되게 형성되고, 유동저항에 따른 진동 및 소음 등을 유발시키지 않도록 높이(d1)보다 길이(d2)가 더 길게 형성됨이 바람직하다. 도 11은 도 10의 냉각 가이드가 아우터 라이너 내면에 설치된 상태를 나타낸 도면이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 아우터 라이너(1252)를 평면상에서 보면, 냉각 가이드(1252-6)는 그 내주면 방향으로 복수의 횡렬이 교차되게 배치되어 내주면에 인접하게 유동하는 압축공기(P1)의 흐름이 방해되지 않도록 형성될 수 있다.
연소기(1200)에서 생산된 고온, 고압의 연소가스(GAS)는 연소 덕트 조립체를 통해 터빈(1300)에 공급된다. 터빈(1300)에서는 연소가스(GAS)가 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 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈에 의하면, 이너 라이너에 대한 충돌제트를 보다 효과적으로 가이드하여 라이너 냉각효율을 향상시킬 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: 연료 주입기
1240: 연소 챔버 1250: 라이너
1251: 이너 라이너 1252: 아우터 라이너
1252-1, 1252-2, 1252-3, 1252-4, 1252-5, 1252-6: 냉각 가이드
1260: 이너 트랜지션 피스 1270: 아우터 트랜지션 피스
1280: 탄성 지지수단 1300: 터빈

Claims (8)

  1. 내측이 연소 챔버와 접하는 이너 라이너;
    상기 이너 라이너의 외측을 감싸 유입된 압축공기가 유동될 수 있는 냉각 유로를 형성하는 아우터 라이너; 및
    상기 아우터 라이너의 내측 면에 압축공기의 유동 방향 및 그 원주면 방향으로 돌출되어 충돌제트를 일으키도록 일정 간격으로 설치되며, 일측에 압축공기의 진행방향과 대향하는 면에 형성된 곡면부와, 상기 곡면부와 분리되어 양측 개방된 안내 유로를 형성하는 관통구를 구비하는 다수의 냉각 가이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기.
  2. 내측이 연소 챔버와 접하는 이너 라이너;
    상기 이너 라이너의 외측을 감싸 유입된 압축공기가 유동될 수 있는 냉각 유로를 형성하는 아우터 라이너; 및
    상기 아우터 라이너의 내측 면에 압축공기의 유동 방향 및 그 원주면 방향으로 돌출되어 충돌제트를 일으키도록 일정 간격으로 설치되며, 일측에 압축공기의 진행방향과 대향하는 면에 곡면부가 형성되되, 폭 방향 단면이 사각형상으로서 상기 곡면부의 유동방향으로 갈수록 그 폭이 확장되는 다수의 냉각 가이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 냉각 가이드는 높이(d1)보다 공기 유동 방향으로의 길이(d2)가 더 길게 형성된 것을 특징으로 하는 연소기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 냉각 가이드는 그 내주면 방향으로 복수의 횡렬이 교차되게 배치되는 것을 특징으로 하는 연소기.
  5. 공기를 압축시키기 위한 압축기와, 상기 압축기로부터 압축된 공기를 유입받아 연료와 혼합하여 연소시키는 연소기와, 상기 연소기에서 연소된 가스에 의해 회전하여 동력을 발생시키는 터빈을 포함하며,
    상기 연소기는,
    내측이 연소 챔버와 접하는 이너 라이너;
    상기 이너 라이너의 외측을 감싸 유입된 압축공기가 유동될 수 있는 냉각 유로를 형성하는 아우터 라이너; 및
    상기 아우터 라이너의 내측 면에 압축공기의 유동 방향 및 그 원주면 방향으로 돌출되어 충돌제트를 일으키도록 일정 간격으로 설치되며, 일측에 압축공기의 진행방향과 대향하는 면에 형성된 곡면부와, 상기 곡면부와 분리되어 양측 개방된 안내 유로를 형성하는 관통구를 구비하는 다수의 냉각 가이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
  6. 공기를 압축시키기 위한 압축기와, 상기 압축기로부터 압축된 공기를 유입받아 연료와 혼합하여 연소시키는 연소기와, 상기 연소기에서 연소된 가스에 의해 회전하여 동력을 발생시키는 터빈을 포함하며,
    상기 연소기는,
    내측이 연소 챔버와 접하는 이너 라이너;
    상기 이너 라이너의 외측을 감싸 유입된 압축공기가 유동될 수 있는 냉각 유로를 형성하는 아우터 라이너; 및
    상기 아우터 라이너의 내측 면에 압축공기의 유동 방향 및 그 원주면 방향으로 돌출되어 충돌제트를 일으키도록 일정 간격으로 설치되며, 일측에 압축공기의 진행방향과 대향하는 면에 곡면부가 형성되되, 폭 방향 단면이 사각형상으로서 상기 곡면부의 유동방향으로 갈수록 그 폭이 확장되는 다수의 냉각 가이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 냉각 가이드는 높이(d1)보다 공기 유동 방향으로의 길이(d2)가 더 길게 형성된 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 냉각 가이드는 그 내주면 방향으로 복수의 횡렬이 교차되게 배치되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
KR1020190151439A 2019-11-22 2019-11-22 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈 KR102088048B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190151439A KR102088048B1 (ko) 2019-11-22 2019-11-22 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190151439A KR102088048B1 (ko) 2019-11-22 2019-11-22 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170142544A Division KR102050562B1 (ko) 2017-10-30 2017-10-30 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190132978A KR20190132978A (ko) 2019-11-29
KR102088048B1 true KR102088048B1 (ko) 2020-03-11

Family

ID=68728703

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190151439A KR102088048B1 (ko) 2019-11-22 2019-11-22 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102088048B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014159904A (ja) 2013-02-20 2014-09-04 Hitachi Ltd 伝熱装置を備えたガスタービン燃焼器

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060087872A (ko) 2005-01-31 2006-08-03 한국동서발전(주) 압축기 내부 공기의 냉각 장치를 구비한 가스 터빈 장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014159904A (ja) 2013-02-20 2014-09-04 Hitachi Ltd 伝熱装置を備えたガスタービン燃焼器

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190132978A (ko) 2019-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102065582B1 (ko) 가스 터빈 연료 공급 장치, 이를 구비한 연료 노즐 및 가스 터빈
KR102066042B1 (ko) 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈
KR102046457B1 (ko) 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈
KR102099307B1 (ko) 라이너 냉각을 촉진하는 난류 생성 구조 및 이를 포함하는 가스 터빈용 연소기
KR102028031B1 (ko) 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈
US20220214043A1 (en) Fuel nozzle, fuel nozzle module having the same, and combustor
KR101984396B1 (ko) 트랜지션 피스, 이를 포함하는 연소기 및 가스 터빈
KR102049042B1 (ko) 연료 노즐 조립체, 이를 포함하는 연소기 및 가스 터빈
KR20220096928A (ko) 마이크로 믹서 및 이를 포함하는 연소기
KR102050562B1 (ko) 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈
EP3477203B1 (en) Combustor and gas turbine including the same
KR102142140B1 (ko) 연료 노즐, 이를 포함하는 연소기 및 가스 터빈
KR102088048B1 (ko) 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈
KR102047369B1 (ko) 연료 노즐, 이를 포함하는 연소기 및 가스 터빈
KR102019091B1 (ko) 연료 노즐 조립체, 이를 포함하는 연소기 및 가스 터빈
KR102138015B1 (ko) 버너와 이를 포함하는 연소기 및 가스 터빈
KR102021129B1 (ko) 연료 노즐, 이를 포함하는 연소기 및 가스 터빈
KR102377720B1 (ko) 압력 강하가 개선된 라이너 냉각구조 및 이를 포함하는 가스터빈용 연소기
KR102363311B1 (ko) 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈
KR102583224B1 (ko) 클러스터가 구비된 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈
KR102223117B1 (ko) 트랜지션 피스과 이를 포함하는 연소기 및 가스 터빈
KR102046456B1 (ko) 연소 덕트 조립체 및 이를 포함하는 가스 터빈
KR102643208B1 (ko) 연소기용 노즐, 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈
EP4019841A1 (en) Combustor nozzle, combustor, and gas turbine including the same
KR102583227B1 (ko) 단위 클러스터 별로 교체 가능한 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant