KR102112908B1 - 가스 터빈 연소기 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 과제는 유체력에 의한 연료 노즐의 진동에 대한 구조 신뢰성과 연소실 내에서의 균일한 연소에 의한 높은 환경 성능을 갖는 가스 터빈 연소기를 제공하는 것이다.
연료를 분사하는 연료 노즐(14)과, 연료 노즐(14)의 근원측에 위치하는 삽입부(46)가 삽입되는 구멍부를 갖는 연료 노즐 플레이트(13)를 구비한 가스 터빈 연소기에 있어서, 연료 노즐(14)은 삽입부(46)에 있어서의 적어도 연료의 흐름 방향에서 본 하류측 부분의 외주면에 수나사부(51)를 구비하고, 연료 노즐 플레이트(13)는 구멍부에 수나사부와 나사 결합하는 암나사부(81)를 구비하고, 연료 노즐(14)은 삽입부(46)의 상류측 단부(30)가, 연료 노즐 플레이트(13)의 상류측 단부(41)에 야금적으로 접합되어 있다.
연료를 분사하는 연료 노즐(14)과, 연료 노즐(14)의 근원측에 위치하는 삽입부(46)가 삽입되는 구멍부를 갖는 연료 노즐 플레이트(13)를 구비한 가스 터빈 연소기에 있어서, 연료 노즐(14)은 삽입부(46)에 있어서의 적어도 연료의 흐름 방향에서 본 하류측 부분의 외주면에 수나사부(51)를 구비하고, 연료 노즐 플레이트(13)는 구멍부에 수나사부와 나사 결합하는 암나사부(81)를 구비하고, 연료 노즐(14)은 삽입부(46)의 상류측 단부(30)가, 연료 노즐 플레이트(13)의 상류측 단부(41)에 야금적으로 접합되어 있다.
Description
본 발명은 가스 터빈 연소기에 관한 것이다.
가스 터빈에서는 배기 가스가 환경에 부여하는 부하의 저감을 목적으로 하여, 운전 시에 배출되는 NOx에 대하여 엄격한 환경 기준이 설정되어 있다. NOx의 배출량은 화염 온도의 고온화에 수반하여 증가하기 때문에, 가스 터빈의 연소기(이하, 「가스 터빈 연소기」 또는 「연소기」라고 칭함)에서는, 연소실 내에서의 국소적으로 고온인 화염의 형성을 억제하여 균일한 연소를 실현시킬 필요가 있다. 연소실 내에서 균일한 연소를 행하기 위해서는, 연료를 분사하기 위한 연료 노즐을 가스 터빈 연소기에 다수 설치하여, 연료의 분산성을 높일 필요가 있다.
특허문헌 1에는 복수개의 연료 노즐을 구비한 가스 터빈 연소기의 예가 기재되어 있다. 이 가스 터빈 연소기에서는 연료 노즐의 후단부(상류측)에 평행 수나사가 설치되고, 연료 노즐 헤더의 연료 노즐 설치 구멍의 내주측에 평행 암나사가 설치되고, 이것들의 나사를 서로 체결함으로써, 연료 노즐을 연료 노즐 헤더에 고정한다.
가스 터빈 연소기에 있어서, 연료 노즐로부터 분사되는 연료의 분산성을 높이기 위해 연료 노즐의 개수를 증가시키면, 연료 노즐끼리의 거리가 짧아져, 연료 노즐의 주위의 공간이 좁아진다. 연료 노즐을 연료 노즐 플레이트에 접합하기 위한 공간이나 공기의 유로인 연료 노즐 사이의 공간을 확보하기 위해서는, 연료 노즐의 개수의 증가에 수반하여 연료 노즐을 가늘게 할 필요가 있다.
한편, 압축 공기의 유동장에 설치되는 연료 노즐에는 유체력에 의한 진동이 발생할 가능성이 있다. 연료 노즐에 발생하는 진동 응력은 연료 노즐의 외경을 확대함으로써 저감할 수 있다. 그러나, 연료의 분산성을 높이기 위해 가는 연료 노즐을 사용하면, 진동 응력을 저감하여, 진동에 대한 구조 신뢰성을 확보하는 것이 곤란하다. 연료 노즐의 연료의 분산성을 향상시킴과 함께 진동에 대한 구조 신뢰성을 확보하기 위해서는, 연료 노즐의 외경을 확대하지 않고 연료 노즐의 진동에 대한 감쇠 성능을 향상시킬 필요가 있다.
본 발명의 목적은 유체력에 의한 연료 노즐의 진동에 대한 구조 신뢰성과 연소실 내에서의 균일한 연소에 의한 높은 환경 성능을 갖는 가스 터빈 연소기를 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 가스 터빈 연소기는, 연료를 분사하는 연료 노즐과, 상기 연료 노즐의 근원측에 위치하는 삽입부가 삽입되는 구멍부를 갖는 연료 노즐 플레이트를 구비한 가스 터빈 연소기에 있어서, 상기 연료 노즐은 상기 삽입부에 있어서의 적어도 연료의 흐름 방향에서 본 하류측 부분의 외주면에 수나사부를 구비하고, 상기 연료 노즐 플레이트는 상기 구멍부에 상기 수나사부와 나사 결합하는 암나사부를 구비하고, 상기 연료 노즐은 상기 삽입부의 상류측 단부가, 상기 연료 노즐 플레이트의 상류측 단부에 야금적으로 접합되어 있다.
본 발명에 따르면, 유체력에 의한 연료 노즐의 진동에 대한 구조 신뢰성과 연소실 내에서의 균일한 연소에 의한 높은 환경 성능을 갖는 가스 터빈 연소기를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 가스 터빈 연소기를 구비하는 가스 터빈 플랜트의 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2는 버너의 구성 요소를 도시하는 분해도이다.
도 3은 종래의 가스 터빈 연소기에 있어서의 버너에서의 연료 노즐 플레이트에 연료 노즐이 고정된 구성을 도시하는, 연료 노즐과 연료 노즐 플레이트의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 의한 가스 터빈 연소기에 있어서의 버너에서의 연료 노즐 플레이트에 연료 노즐이 고정된 구성을 도시하는, 연료 노즐과 연료 노즐 플레이트의 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시한 연료 노즐 플레이트에 연료 노즐이 고정된 구성의 변형예를 도시하는, 연료 노즐과 연료 노즐 플레이트의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 의한 가스 터빈 연소기에 있어서의 버너에서의 연료 노즐 플레이트에 연료 노즐이 고정된 구성을 도시하는, 연료 노즐과 연료 노즐 플레이트의 단면도이다.
도 7a는 본 발명의 실시예 3에 의한 가스 터빈 연소기에 있어서의 버너에서의 연료 노즐 플레이트에 연료 노즐이 고정된 구성을 도시하는, 연료 노즐과 연료 노즐 플레이트의 단면도이다.
도 7b는 도 7a의 절단선 A-A에서의 연료 노즐과 연료 노즐 플레이트의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 4에 의한 가스 터빈 연소기에 있어서의 버너에서의 연료 노즐 플레이트에 연료 노즐이 고정된 구성을 도시하는, 연료 노즐과 연료 노즐 플레이트의 단면도이다.
도 2는 버너의 구성 요소를 도시하는 분해도이다.
도 3은 종래의 가스 터빈 연소기에 있어서의 버너에서의 연료 노즐 플레이트에 연료 노즐이 고정된 구성을 도시하는, 연료 노즐과 연료 노즐 플레이트의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 의한 가스 터빈 연소기에 있어서의 버너에서의 연료 노즐 플레이트에 연료 노즐이 고정된 구성을 도시하는, 연료 노즐과 연료 노즐 플레이트의 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시한 연료 노즐 플레이트에 연료 노즐이 고정된 구성의 변형예를 도시하는, 연료 노즐과 연료 노즐 플레이트의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 의한 가스 터빈 연소기에 있어서의 버너에서의 연료 노즐 플레이트에 연료 노즐이 고정된 구성을 도시하는, 연료 노즐과 연료 노즐 플레이트의 단면도이다.
도 7a는 본 발명의 실시예 3에 의한 가스 터빈 연소기에 있어서의 버너에서의 연료 노즐 플레이트에 연료 노즐이 고정된 구성을 도시하는, 연료 노즐과 연료 노즐 플레이트의 단면도이다.
도 7b는 도 7a의 절단선 A-A에서의 연료 노즐과 연료 노즐 플레이트의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 4에 의한 가스 터빈 연소기에 있어서의 버너에서의 연료 노즐 플레이트에 연료 노즐이 고정된 구성을 도시하는, 연료 노즐과 연료 노즐 플레이트의 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 가스 터빈 연소기에 대하여, 도면을 사용하여 설명한다. 또한, 본 명세서에서 사용하는 도면에 있어서, 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 이것들의 요소에 대해서는 반복의 설명을 생략하는 경우가 있다.
처음에, 도 1을 사용하여, 본 발명의 실시예에 의한 가스 터빈 연소기를 구비하는 가스 터빈 플랜트의 구성예를 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 의한 가스 터빈 연소기를 구비하는 가스 터빈 플랜트의 구성의 일례를 도시하는 도면이다. 도 1에서는 연소기(7)를 단면도로 도시하고 있다.
가스 터빈 플랜트(1)는 압축기(3), 연소기(7), 가스 터빈(8) 및 발전기(9)를 구비한다. 압축기(3)는 대기로부터 공기(2)를 도입하여 압축한다. 연소기(7)는 압축기(3)가 생성한 압축 공기(4)와 연료(5)를 연소시켜, 고온 고압의 연소 가스(6)를 생성한다. 가스 터빈(8)은 연소기(7)가 생성한 연소 가스(6)에 의해 구동되고, 연소 가스(6)의 에너지를 회전 동력으로서 인출한다. 발전기(9)는 가스 터빈(8)의 회전 동력을 사용하여 발전한다.
연소기(7)는 엔드 플랜지(10), 외통(11), 버너(17), 라이너(15) 및 연소실(22)을 구비한다. 버너(17)는 공기 구멍 플레이트(12), 연료 노즐 플레이트(13) 및 복수의 연료 노즐(14)을 구비한다.
압축기(3)가 생성한 압축 공기(4)는 외통(11)과 라이너(15) 사이의 유로(16)를 통해, 버너(17)에 유입된다. 단, 압축 공기(4)의 일부는 라이너(15)를 냉각하기 위한 냉각 공기(18)로서 라이너(15) 내에 유입된다.
연료(5)는 엔드 플랜지(10)의 연료 공급관(19)을 통해, 연료 노즐 플레이트(13)에 유입되고, 각 연료 노즐(14)의 연료 유로를 흘러 각 연료 노즐(14)로부터 공기 구멍 플레이트(12)에 분사된다. 공기 구멍 플레이트(12)의 공기 구멍(20)의 연료 노즐(14)측의 입구에 있어서, 연료 노즐(14)로부터 분사된 연료(5)와 버너(17)에 유입된 압축 공기(4)가 혼합된다. 연료(5)와 압축 공기(4)의 혼합기(21)는 연소실(22)을 향해 분사되어, 화염(23)을 형성한다. 연료(5)에는 천연 가스뿐만 아니라, 코크스로 가스, 제유소 오프 가스, 또는 석탄 가스화 가스 등의 가스를 사용할 수 있다.
이하에서는, 연료(5)의 흐름 방향에 대하여 「상류」또는 「하류」라고 칭한다. 도 1에서는 좌측이 상류이고, 우측이 하류이다.
도 2는 버너(17)의 구성 요소를 도시하는 분해도이다. 도 2에서는 버너(17)를 단면도로 도시하고 있다. 버너(17)는 공기 구멍 플레이트(12), 연료 노즐 플레이트(13) 및 복수의 연료 노즐(14)을 구비한다.
연료 노즐(14)은 연료(5)가 흐르는 연료 유로(14a)를 내부에 구비하고, 상류측으로부터 하류측을 향해 연신되도록 연료 노즐 플레이트(13)에 지지되고, 상류측으로부터 공급된 연료(5)를 하류측에 분사한다.
연료 노즐 플레이트(13)는 구멍부인 연료 노즐 설치용 구멍(44)을 구비하고, 연료 노즐 설치용 구멍(44) 중에 연료 노즐(14)이 설치된다. 연료 노즐 플레이트(13)는 연료 노즐(14)을 지지하고, 상류측으로부터 유입되는 연료(5)를 연료 노즐(14)에 공급한다.
연료 노즐(14)의 상류측 단부(30)는 연료 노즐 플레이트(13)의 상류측 단부(41)에 야금적으로 접합되고, 그 접합부는 연료(5)가 누설되지 않도록 시일되어 있다. 연료 노즐(14)의 하류측 단부(31)는 공기 구멍 플레이트(12)의 공기 구멍(20)과 접촉하고 있지 않고, 압축 공기(4)가 공기 구멍(20)에 자유롭게 유입될 수 있다. 연료 노즐(14)의 상류측 단부(30)와 연료 노즐 플레이트(13)의 상류측 단부(41)는 용접이나 납땜 등으로 서로 접합된다. 이하에서는, 연료 노즐(14)의 상류측 단부(30)와 연료 노즐 플레이트(13)의 상류측 단부(41)가 용접으로 서로 접합된 예를 설명한다.
여기서, 종래의 가스 터빈 연소기에 있어서의 버너의 구성, 특히 연료 노즐 플레이트에 연료 노즐이 고정된 구성을 설명한다.
도 3은 종래의 가스 터빈 연소기에 있어서의 버너에서의 연료 노즐 플레이트(13)에 연료 노즐(14)이 고정된 구성을 도시하는 도면이고, 연료 노즐(14)과 연료 노즐 플레이트(13)의 단면도이다.
종래의 가스 터빈 연소기에서는, 연료 노즐(14)의 상류측 단부(30)는 연료 노즐 플레이트(13)의 상류측 단부(41)에 용접으로 접합되어 있다. 연료 노즐(14)은 이 용접으로 연료 노즐 플레이트(13)에 고정된다. 연료 노즐(14)의 상류측 단부(30)와 연료 노즐 플레이트(13)의 상류측 단부(41)가 접합되어 있는 부분을 「접합부(45)」라고 칭한다. 연료 노즐(14)의 연료 노즐 플레이트(13)에 지지되어 있는 부분, 즉 연료 노즐(14)의 근원측에 위치하고 있고 연료 노즐 설치용 구멍(44) 중에 들어가 있는 부분을 「삽입부(46)」라고 칭한다. 연료 노즐(14)의 삽입부(46)의 외주면과 연료 노즐 플레이트(13)의 연료 노즐 설치용 구멍(44)의 벽면이 접촉함으로써, 접합부(45)에 작용하는 부하[접합부(45)에 작용하는 진동 응력]를 저감한다. 또한, 연료 노즐(14)의 삽입부(46)의 외주면과 연료 노즐 플레이트(13)의 연료 노즐 설치용 구멍(44)의 벽면의 접촉에 수반하여 마찰력이 발생하고, 이 마찰력으로 연료 노즐(14)의 진동을 감쇠시킨다.
그러나, 종래의 가스 터빈 연소기에서는 연료 노즐(14)의 삽입부(46)의 외주면과 연료 노즐 플레이트(13)의 연료 노즐 설치용 구멍(44)의 벽면 사이에 간극이 있으므로, 이것들의 접촉을 충분히 얻을 수 없는 경우가 있고, 연료 노즐(14)의 진동을 감쇠시키는 효과는 한정되어 있었다.
본 발명의 실시예에 의한 가스 터빈 연소기에서는, 연료 노즐(14)은 삽입부(46)의 적어도 하류측 부분의 외주면에 나사부(나사산을 갖는 부분)를 구비하고, 삽입부(46)의 상류측 단부(30)가 연료 노즐 플레이트(13)에 야금적으로 접합된 구성을 구비한다. 연료 노즐(14)의 삽입부(46)의 하류측 부분이란, 연료 노즐(14)의 삽입부(46)의 하류측 단부를 포함하는 부분이다. 연료 노즐(14)의 삽입부(46)의 적어도 하류측 부분의 외주면에 설치된 나사부는 연료 노즐 플레이트(13)의 연료 노즐 설치용 구멍(44)의 벽면에 설치된 나사부와 나사 결합하고 있고, 이것들의 나사부의 접촉에 의한 마찰력으로 연료 노즐의 진동을 감쇠시킬 수 있다. 본 발명의 실시예에 의한 가스 터빈 연소기는 연료 노즐(14)의 삽입부(46)의 적어도 하류측 부분이 연료 노즐 플레이트(13)와 나사 결합하고 있으므로, 도 3에 도시한 바와 같은 종래의 가스 터빈 연소기보다도, 연료 노즐(14)과 연료 노즐 플레이트(13)의 접촉에 의한 마찰력을 크게 할 수 있고, 연료 노즐(14)의 진동에 대한 감쇠 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 가스 터빈 연소기는 이와 같은 구성에 의해, 연료 노즐(14)이 주로 삽입부(46)의 나사부로 연료 노즐 플레이트(13)에 지지되고, 연료 노즐(14)의 진동에 대한 감쇠 성능을 향상시킬 수 있고, 연료 노즐(14)의 진동에 대한 높은 구조 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 의한 가스 터빈 연소기는 연료 노즐(14)의 외경을 확대하지 않고 높은 구조 신뢰성을 확보할 수 있으므로, 연료 노즐(14)의 개수를 증가시켜 연소실(22) 내에서의 균일한 연소를 실현하여, 높은 환경 성능을 얻을 수 있다.
[실시예 1]
도 4는 본 발명의 실시예 1에 의한 가스 터빈 연소기에 있어서의 버너에서의 연료 노즐 플레이트(13)에 연료 노즐(14)이 고정된 구성을 도시하는 도면이고, 연료 노즐(14)과 연료 노즐 플레이트(13)의 단면도이다.
연료 노즐(14)은 삽입부(46)의 외주면의 전체에 나사부(수나사부)(51)를 구비한다. 연료 노즐 플레이트(13)는 연료 노즐(14)의 근원측에 위치하는 삽입부(46)가 삽입되는 구멍부인 연료 노즐 설치용 구멍(44)을 갖고, 연료 노즐 설치용 구멍(44)의 벽면에서, 연료 노즐(14)을 지지하는 부분[연료 노즐(14)의 나사부(51)에 대응하는 위치]에 나사부(암나사부)(81)를 구비한다. 연료 노즐(14)의 나사부(수나사부)(51)는 연료 노즐 플레이트(13)의 나사부(암나사부)(81)와 나사 결합하고 있다.
또한, 연료 노즐(14)의 삽입부(46)의 상류측 단부(30)는 연료 노즐 플레이트(13)의 상류측 단부(41)에 야금적으로 접합되어 있다. 연료 노즐(14)과 연료 노즐 플레이트(13)가 야금적으로 접합되어 있는 접합부(45)는 연료 노즐(14)과 연료 노즐 플레이트(13) 사이의 시일 및 연료 노즐(14)의 회전 멈춤의 역할을 한다.
도 5는 도 4에 도시한 연료 노즐 플레이트(13)에 연료 노즐(14)이 고정된 구성의 변형예를 도시하는, 연료 노즐(14)과 연료 노즐 플레이트(13)의 단면도이다.
도 5에 도시하는 구성에서는, 연료 노즐(14)은 삽입부(46)의 하류측 부분(50)의 외주면에만 나사부(수나사부)(51)를 구비한다. 연료 노즐 플레이트(13)는 연료 노즐 설치용 구멍(44)의 벽면에서, 연료 노즐(14)의 나사부(51)에 대응하는 위치에 나사부(암나사부)(81)를 구비한다. 연료 노즐(14)의 나사부(수나사부)(51)는 연료 노즐 플레이트(13)의 나사부(암나사부)(81)와 나사 결합하고 있다. 연료 노즐(14)의 삽입부(46)의 상류측 단부(30)는 연료 노즐 플레이트(13)의 상류측 단부(41)에 접합부(45)에서 야금적으로 접합되어 있다.
도 4와 도 5에 도시한 구성에서는, 연료 노즐(14)은 주로 나사부(51)로 연료 노즐 플레이트(13)에 대하여 구조적으로 지지된다. 연료 노즐(14)이 삽입부(46)의 적어도 하류측 부분(50)의 외주면에 나사부(51)를 구비하고, 연료 노즐 플레이트(13)가 연료 노즐 설치용 구멍(44)의 벽면에 나사부(81)를 구비함으로써, 연료 노즐(14)이 유체력 등에 의해 진동해도, 나사부(51)와 나사부(81)의 마찰에 의해, 연료 노즐(14)의 진동에 대하여 높은 감쇠 성능을 얻을 수 있다. 또한, 연료 노즐(14)은 주로 나사부(51)로 연료 노즐 플레이트(13)에 지지되므로, 삽입부(46)의 상류측에 있는 접합부(45)에 작용하는 부하(진동 응력)를 저감시킬 수 있다. 본 실시예에 의한 가스 터빈 연소기에서는 이와 같은 구성에 의해, 구조 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
연료 노즐(14)은 유체력 등에 의해 진동하면, 연료 노즐 플레이트(13)로부터 돌출된 부분의 선단인 하류측 단부(31)의 진동 진폭이 가장 커진다. 본 실시예에 의한 가스 터빈 연소기에서는, 연료 노즐(14)은 상류측 단부(30)에 있는 접합부(45)에서 연료 노즐 플레이트(13)와 야금적으로 접합되고, 접합부(45)와 하류측 단부(31) 사이에 있는 나사부(51)로 연료 노즐 플레이트(13)와의 마찰에 의해 진동을 감쇠시킨다. 연료 노즐(14)은 진동의 진폭이 가장 큰 부분인 하류측 단부(31)로부터 가장 떨어진 위치[상류측 단부(30)]에서 연료 노즐 플레이트(13)와 접합되어 있기 때문에, 접합부(45)와 하류측 단부(31) 사이에 있는 나사부(51)의 연료 노즐 플레이트(13)와의 마찰을 더 크게 할 수 있고, 이 마찰에 의한 진동의 감쇠 효과를 더 크게 할 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 연료 노즐(14)이 삽입부(46)의 전체에 나사부(51)를 구비하면, 연료 노즐(14)의 진동 감쇠 효과를 크게 할 수 있다. 그러나, 이 구성에서는 연료 노즐(14)의 나사부(51)의 상류측 단부를 연료 노즐 플레이트(13)에 야금적으로 접합시키게 되므로, 야금적인 접합(용접이나 납땜)이 곤란하고, 접합 강도나 접합면의 평탄함이 저하되는 등, 접합의 품질이 떨어지는 것이 우려된다. 이와 같은 경우에는, 도 5에 도시한 바와 같은 연료 노즐(14)이 삽입부(46)의 하류측 부분(50)에만 나사부(51)를 구비하는 구성을 채용할 수 있다. 또한, 나사부(51)의 존재하는 길이[연료(5)의 흐름 방향의 길이, 즉 연료 노즐(14)의 축방향의 길이]는 연료 노즐(14)의 연료 노즐 플레이트(13)로부터 돌출된 부분의 길이[연료 노즐 플레이트(13)와 연료 노즐(14)의 하류측 단부(31)의 거리]의 20％ 이상이면 바람직하다. 나사부(51)가 이와 같은 길이라면, 연료 노즐(14)의 진동을 효과적으로 감쇠할 수 있다고 생각된다.
또한, 도 4와 도 5에 도시한 구성에서는, 연료 노즐(14)은 삽입부(46)의 외경이, 연료 노즐 플레이트(13)로부터 돌출된 부분의 외경보다도 크다. 연료 노즐(14)은 삽입부(46)의 외경과 연료 노즐 플레이트(13)로부터 돌출된 부분의 외경이 동일해도 된다.
[실시예 2]
도 6은 본 발명의 실시예 2에 의한 가스 터빈 연소기에 있어서의 버너에서의 연료 노즐 플레이트(13)에 연료 노즐(14)이 고정된 구성을 도시하는 도면이고, 연료 노즐(14)과 연료 노즐 플레이트(13)의 단면도이다.
연료 노즐(14)은 삽입부(46)가 하류측 부분(50)과 상류측 부분(62)을 구비한다. 연료 노즐(14)의 삽입부(46)의 상류측 부분(62)이란, 연료 노즐(14)의 삽입부(46)의 상류측 단부(30)를 포함하는 부분이다. 연료 노즐(14)은 삽입부(46)의 하류측 부분(50)의 외주면에만 나사부(수나사부)(51)를 구비하고, 나사부(51)의 골 직경[나사부(51)의 홈 부분에서의 직경]이, 삽입부(46)의 상류측 부분(62)의 외경보다도 크다. 연료 노즐(14)은 상류측 부분(62)의 외주면에는 나사부(51)를 구비하지 않는다. 연료 노즐 플레이트(13)는 이와 같은 연료 노즐(14)에 대응하는 형상의 연료 노즐 설치용 구멍(44)을 구비한다. 연료 노즐 설치용 구멍(44)의 벽면은 연료 노즐(14)의 나사부(51)에 대응하는 위치에 나사부(암나사부)(81)를 구비한다.
연료 노즐(14)은 삽입부(46)의 하류측 부분(50)과 상류측 부분(62)을 접속하는 단차부(60)를 구비한다. 연료 노즐 플레이트(13)는 연료 노즐(14)의 단차부(60)에 대응하는 형상의 단차부(61)를 연료 노즐 설치용 구멍(44)의 벽면에 구비한다. 연료 노즐(14)의 단차부(60)와 연료 노즐 플레이트(13)의 단차부(61)는 서로 맞닿아 있다. 연료 노즐(14)의 단차부(60)와 연료 노즐 플레이트(13)의 단차부(61)는 연료 노즐(14)의 축방향(길이 방향)에 수직인 면인 것이 바람직하다.
연료 노즐(14)의 나사부(수나사부)(51)는 연료 노즐 플레이트(13)의 나사부(암나사부)(81)와 나사 결합하고 있다. 연료 노즐(14)의 삽입부(46)의 상류측 단부(30)는 연료 노즐 플레이트(13)의 상류측 단부(41)에 접합부(45)에서 야금적으로 접합되어 있다.
본 실시예에 의한 가스 터빈 연소기는 버너(17)를 조립할 때에 연료 노즐(14)을 하류측으로부터 연료 노즐 플레이트(13)에 대하여 비틀어 넣는 구조를 구비한다. 본 실시예에 의한 가스 터빈 연소기는 실시예 1에 나타낸 효과에 더하여, 버너(17)의 조립 시에 연료 노즐(14)의 단차부(60)와 연료 노즐 플레이트(13)의 단차부(61)를 서로 접촉시킴으로써 연료 노즐(14)의 축방향(길이 방향)의 위치 결정이 용이해진다는 효과를 구비한다. 이로 인해, 본 실시예에 의한 가스 터빈 연소기에서는, 버너(17)의 조립을 정확하게 실행할 수 있고, 연료 노즐(14)의 진동에 대해서도 높은 구조 신뢰성을 얻을 수 있다.
[실시예 3]
도 7a는 본 발명의 실시예 3에 의한 가스 터빈 연소기에 있어서의 버너에서의 연료 노즐 플레이트(13)에 연료 노즐(14)이 고정된 구성을 도시하는 도면이고, 연료 노즐(14)과 연료 노즐 플레이트(13)의 단면도이다. 도 7b는 도 7a의 절단선 A-A에서의 연료 노즐(14)과 연료 노즐 플레이트(13)의 단면도이다.
본 실시예에 의한 가스 터빈 연소기의 버너(17)는 실시예 2에 의한 가스 터빈 연소기의 버너(17)의 구성에 더하여, 다음과 같은 구성을 구비한다. 즉, 연료 노즐(14)은 연료 유로(14a)의 상류측 단부(70)의, 연료 유로(14a)에 수직인 단면이 다각형이다.
버너(17)의 조립 시에는, 연료 노즐(14)을 하류측으로부터 연료 노즐 플레이트(13)의 연료 노즐 설치용 구멍(44)에 삽입하고, 연료 노즐(14)의 나사부(수나사부)(51)가 연료 노즐 플레이트(13)의 나사부(암나사부)(81)에 나사 결합하도록 연료 노즐(14)을 회전시킨다. 연료 노즐(14)을 회전시키는 작업은 연료 유로(14a)의 상류측 단부(70)로부터 연료 유로(14a)에 공구(예를 들어, 렌치)를 삽입하여 행하는 경우가 있다. 그래서, 연료 유로(14a)에 상류측 단부(70)로부터 공구를 삽입하여 연료 노즐(14)을 회전시킬 수 있도록, 연료 노즐(14)의 연료 유로(14a)의 상류측 단부(70)는 연료 유로(14a)에 수직인 단면이 다각형이다.
연료 유로(14a)의 상류측 단부(70)의 이 단면의 형상은 버너(17)의 조립에 사용하는 공구의 형상에 따라 정할 수 있다. 도 7a와 도 7b에는 연료 유로(14a)의 상류측 단부(70)의 이 단면이 육각형인 예를 도시하고 있다. 도 7a와 도 7b의 예에서는 6각봉 렌치를 사용하여, 연료 노즐(14)을 연료 노즐 플레이트(13)에 비틀어 넣을 수 있다.
본 실시예에 의한 가스 터빈 연소기에서는 연료 노즐(14)의 연료 유로(14a)의 상류측 단부(70)가, 버너(17)의 조립에 사용하는 공구의 형상을 따른 형상을 이루고 있기 때문에, 버너(17)의 조립을 확실하게 실행할 수 있고, 연료 노즐(14)의 진동에 대해서도 높은 구조 신뢰성을 얻을 수 있다.
또한, 실시예 1에 의한 가스 터빈 연소기(도 4, 5)도, 본 실시예에 의한 가스 터빈 연소기와 마찬가지로, 연료 노즐(14)의 연료 유로(14a)의 상류측 단부(70)가, 연료 유로(14a)에 수직인 단면이 다각형인 구성을 구비할 수 있다.
[실시예 4]
도 8은 본 발명의 실시예 4에 의한 가스 터빈 연소기에 있어서의 버너에서의 연료 노즐 플레이트(13)에 연료 노즐(14)이 고정된 구성을 도시하는 도면이고, 연료 노즐(14)과 연료 노즐 플레이트(13)의 단면도이다.
연료 노즐(14)은 삽입부(46)가 하류측 부분(50)과 상류측 부분(62)을 구비한다. 연료 노즐(14)은 삽입부(46)의 하류측 부분(50)의 외주면에만 나사부(수나사부)(51)를 구비하고, 나사부(51)의 마루 직경[나사부(51)의 마루 부분에서의 직경]이, 삽입부(46)의 상류측 부분(62)의 외경보다도 작다. 연료 노즐(14)은, 상류측 부분(62)의 외주면에는 나사부(51)를 구비하지 않는다. 연료 노즐 플레이트(13)는 이와 같은 연료 노즐(14)에 대응하는 형상의 연료 노즐 설치용 구멍(44)을 구비한다. 연료 노즐 설치용 구멍(44)의 벽면은 연료 노즐(14)의 나사부(51)에 대응하는 위치에 나사부(암나사부)(81)를 구비한다.
연료 노즐(14)은 삽입부(46)의 하류측 부분(50)과 상류측 부분(62)을 접속하는 단차부(60)를 구비한다. 연료 노즐 플레이트(13)는 연료 노즐(14)의 단차부(60)에 대응하는 형상의 단차부(61)를 연료 노즐 설치용 구멍(44)의 벽면에 구비한다. 연료 노즐(14)의 단차부(60)와 연료 노즐 플레이트(13)의 단차부(61)는 서로 맞닿아 있다. 연료 노즐(14)의 단차부(60)와 연료 노즐 플레이트(13)의 단차부(61)는 연료 노즐(14)의 축방향(길이 방향)에 수직인 면인 것이 바람직하다.
연료 노즐(14)의 나사부(수나사부)(51)는 연료 노즐 플레이트(13)의 나사부(암나사부)(81)와 나사 결합하고 있다. 연료 노즐(14)의 삽입부(46)의 상류측 단부(30)는 연료 노즐 플레이트(13)의 상류측 단부(41)에 접합부(45)에서 야금적으로 접합되어 있다.
본 실시예에 의한 가스 터빈 연소기는 버너(17)를 조립할 때에 연료 노즐(14)을 상류측으로부터 연료 노즐 플레이트(13)에 대하여 비틀어 넣는 구조를 구비한다. 본 실시예에 의한 가스 터빈 연소기는 실시예 1에 나타낸 효과에 더하여, 버너(17)의 조립 시에 연료 노즐(14)의 단차부(60)와 연료 노즐 플레이트(13)의 단차부(61)를 서로 접촉시킴으로써 연료 노즐(14)의 축방향(길이 방향)의 위치 결정이 용이해진다는 효과를 구비한다. 또한, 연료 노즐(14)과 연료 노즐 플레이트(13)의 접합부(45)에 손상이 발생해도, 연료 노즐(14)이 연료 노즐 플레이트(13)로부터 하류측으로 누락되어 연소기(7)의 다른 부품이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해, 본 실시예에 의한 가스 터빈 연소기에서는, 버너(17)의 조립을 정확하게 실행할 수 있음과 함께 연소기(7)의 손상을 방지할 수 있고, 연료 노즐(14)의 진동에 대해서도 더 높은 구조 신뢰성을 얻을 수 있다.
본 실시예에 의한 가스 터빈 연소기는 실시예 3에 의한 가스 터빈 연소기와 마찬가지로, 연료 노즐(14)의 연료 유로(14a)의 상류측 단부(70)가, 연료 유로(14a)에 수직인 단면이 다각형인 구성을 구비할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니고, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 상기의 실시예는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해 상세하게 설명한 것이고, 본 발명은 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 어느 실시예의 구성의 일부를 다른 실시예의 구성으로 치환하는 것이 가능하다. 또한, 어느 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 더하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시예의 구성의 일부에 대하여, 삭제하거나, 다른 구성을 추가ㆍ치환하거나 하는 것이 가능하다.
1 : 가스 터빈 플랜트
2 : 공기
3 : 압축기
4 : 압축 공기
5 : 연료
6 : 연소 가스
7 : 연소기
8 : 가스 터빈
9 : 발전기
10 : 엔드 플랜지
11 : 외통
12 : 공기 구멍 플레이트
13 : 연료 노즐 플레이트
14 : 연료 노즐
14a : 연료 노즐의 연료 유로
15 : 라이너
16 : 압축 공기의 유로
17 : 버너
18 : 냉각 공기
19 : 연료 공급관
20 : 공기 구멍
21 : 혼합기
22 : 연소실
23 : 화염
30 : 연료 노즐의 상류측 단부
31 : 연료 노즐의 하류측 단부
41 : 연료 노즐 플레이트의 상류측 단부
44 : 연료 노즐 플레이트의 연료 노즐 설치용 구멍
45 : 접합부
46 : 삽입부
50 : 연료 노즐의 삽입부의 하류측 부분
51 : 연료 노즐의 나사부(수나사부)
60 : 연료 노즐의 단차부
61 : 연료 노즐 플레이트의 단차부
62 : 연료 노즐의 삽입부의 상류측 부분
70 : 연료 노즐의 연료 유로의 상류측 단부
81 : 연료 노즐 플레이트의 나사부(암나사부)
2 : 공기
3 : 압축기
4 : 압축 공기
5 : 연료
6 : 연소 가스
7 : 연소기
8 : 가스 터빈
9 : 발전기
10 : 엔드 플랜지
11 : 외통
12 : 공기 구멍 플레이트
13 : 연료 노즐 플레이트
14 : 연료 노즐
14a : 연료 노즐의 연료 유로
15 : 라이너
16 : 압축 공기의 유로
17 : 버너
18 : 냉각 공기
19 : 연료 공급관
20 : 공기 구멍
21 : 혼합기
22 : 연소실
23 : 화염
30 : 연료 노즐의 상류측 단부
31 : 연료 노즐의 하류측 단부
41 : 연료 노즐 플레이트의 상류측 단부
44 : 연료 노즐 플레이트의 연료 노즐 설치용 구멍
45 : 접합부
46 : 삽입부
50 : 연료 노즐의 삽입부의 하류측 부분
51 : 연료 노즐의 나사부(수나사부)
60 : 연료 노즐의 단차부
61 : 연료 노즐 플레이트의 단차부
62 : 연료 노즐의 삽입부의 상류측 부분
70 : 연료 노즐의 연료 유로의 상류측 단부
81 : 연료 노즐 플레이트의 나사부(암나사부)
Claims (5)
- 가스 터빈 연소기이며,
복수의 연료 노즐과,
각각의 연료 노즐의 근원측에 위치하는 삽입부가 각각 삽입되는 복수의 구멍부를 갖는 연료 노즐 플레이트와,
연료 노즐의 축방향에서 각각의 연료 노즐의 하류측 단부와 대면하고, 각각의 연료 노즐의 하류측 단부와 접촉하지 않는 공기 구멍들을 포함하는 공기 구멍 플레이트로서, 상기 복수의 연료 노즐은 상기 공기 구멍들 내로 연료를 분사하도록 구성되고, 상기 공기 구멍들은 상기 연료 노즐로부터 분사된 연료와 압축 공기를 혼합하고, 상기 공기 구멍 플레이트는 상기 연료와 압축 공기의 혼합기를 연소실을 향해 분사하는, 공기 구멍 플레이트를 포함하고,
상기 각각의 연료 노즐은 상기 삽입부에 있어서의 적어도 연료의 흐름 방향에서 본 하류측 부분의 외주면에 수나사부를 구비하고,
상기 연료 노즐 플레이트는 상기 구멍부의 각각에 상기 수나사부와 나사 결합하는 암나사부를 구비하고,
상기 각각의 연료 노즐은 상기 삽입부의 상류측 단부가, 상기 연료 노즐 플레이트의 상류측 단부에 야금적으로 접합되어 있고,
상기 연료 노즐은, 상기 삽입부가 상기 하류측 부분과 상류측 부분을 구비하고, 상기 삽입부의 상기 하류측 부분의 외주면에만 상기 수나사부를 구비하고, 상기 수나사부의 골 직경이 상기 상류측 부분의 외경보다도 크고,
상기 연료 노즐은 상기 삽입부의 상기 하류측 부분과 상기 상류측 부분을 접속하는 단차부를 구비하고,
상기 연료 노즐 플레이트는 상기 연료 노즐의 상기 단차부에 대응하는 형상의 단차부를 상기 구멍부의 벽면에 구비하고,
상기 연료 노즐의 상기 단차부와 상기 연료 노즐 플레이트의 상기 단차부는 서로 맞닿아 있는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연소기. - 가스 터빈 연소기이며,
복수의 연료 노즐과,
각각의 연료 노즐의 근원측에 위치하는 삽입부가 각각 삽입되는 복수의 구멍부를 갖는 연료 노즐 플레이트와,
연료 노즐의 축방향에서 각각의 연료 노즐의 하류측 단부와 대면하고, 각각의 연료 노즐의 하류측 단부와 접촉하지 않는 공기 구멍들을 포함하는 공기 구멍 플레이트로서, 상기 복수의 연료 노즐은 상기 공기 구멍들 내로 연료를 분사하도록 구성되고, 상기 공기 구멍들은 상기 연료 노즐로부터 분사된 연료와 압축 공기를 혼합하고, 상기 공기 구멍 플레이트는 상기 연료와 압축 공기의 혼합기를 연소실을 향해 분사하는, 공기 구멍 플레이트를 포함하고,
상기 각각의 연료 노즐은 상기 삽입부에 있어서의 적어도 연료의 흐름 방향에서 본 하류측 부분의 외주면에 수나사부를 구비하고,
상기 연료 노즐 플레이트는 상기 구멍부의 각각에 상기 수나사부와 나사 결합하는 암나사부를 구비하고,
상기 각각의 연료 노즐은 상기 삽입부의 상류측 단부가, 상기 연료 노즐 플레이트의 상류측 단부에 야금적으로 접합되어 있고,
상기 연료 노즐은 상기 삽입부가 상기 하류측 부분과 상류측 부분을 구비하고, 상기 삽입부의 상기 하류측 부분의 외주면에만 상기 수나사부를 구비하고, 상기 수나사부의 마루 직경이 상기 상류측 부분의 외경보다도 작고,
상기 연료 노즐은 상기 삽입부의 상기 하류측 부분과 상기 상류측 부분을 접속하는 단차부를 구비하고,
상기 연료 노즐 플레이트는 상기 연료 노즐의 상기 단차부에 대응하는 형상의 단차부를 상기 구멍부의 벽면에 구비하고,
상기 연료 노즐의 상기 단차부와 상기 연료 노즐 플레이트의 상기 단차부는 서로 맞닿아 있는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연소기. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연료 노즐은 상기 연료가 흐르는 연료 유로를 내부에 구비하고, 상기 연료 유로의 상류측 단부의, 상기 연료 유로에 수직인 단면이 다각형인, 가스 터빈 연소기.
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