KR102131155B1 - 허니콤 실 링을 구비한 연소기 - Google Patents
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Abstract
연소가 일어나는 연소 라이너, 연소 라이너에 연결되어 연소 가스가 통과하는 트랜지션 피스, 및 연소 라이너와 트랜지션 피스 사이에 배치되어 연소 가스가 연소 라이너와 트랜지션 피스 간의 갭을 통해 누설되는 것을 방지하는 허니콤 실 링을 포함하는 가스 터빈의 연소기가 제공된다. 허니콤 실 링은 연소 라이너의 출구부에 삽입되어 가압된 연소 가스가 연소 라이너와 트랜지션 피스가 서로 결합될 때 누설되는 것을 방지한다.
Description
본 발명의 예시적 실시예들은 가스 터빈의 연소기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연소 라이너와 트랜지션 피스 간의 갭을 통해 연소 가스가 누설되는 것을 억제하도록 허니콤 실 링을 갖는 가스 터빈의 연소기에 관한 것이다.
터빈은 증기나 가스와 같은 압축성 유체의 흐름을 이용하여 충격력 또는 반동력으로 회전력을 얻는 기계 장치로, 증기를 이용하는 증기 터빈, 고온의 연소 가스를 이용하는 가스 터빈 등을 포함한다.
가스 터빈은 연소 가스의 흐름에서 에너지를 추출하는 회전식 동력 기관이다. 가스 터빈은 압축기, 터빈, 및 연소 챔버를 포함한다. 압축기에 의해 가압된 압축 공기는 연료와 혼합된 후에 그 혼합물이 연소되어, 고온 고압의 연소 가스는 팽창되고 터빈은 팽창력에 의해 구동된다. 에너지는 샤프트를 통해 토크로서 전달되거나, 추력이나 압축 공기의 형태로 얻어진다. 이러한 에너지는 항공기, 발전기 등을 구동하는데 사용될 수 있다.
압축기에는 공기 유입구가 제공되어 그를 통해 공기가 압축기로 공급되고, 복수의 압축기 베인과 블레이드는 압축기 하우징에 교대로 배치된다. 연소기는 압축기에 의해 압축된 압축 공기에 연료를 공급하고 이를 버너로 점화하여 고온 고압의 연소 가스를 생성한다.
복수의 터빈 베인과 터빈 블레이드는 터빈의 하우징에 교대로 배치된다. 뿐만 아니라, 압축기, 연소기, 터빈, 및 배기관의 중심을 관통하는 로터도 그 내부에 제공된다.
로터의 양단은 베어링에 의해 회전가능하게 지지된다. 복수의 디스크는 로터에 고정되고 블레이드는 로터에 연결된다. 동시에, 예를 들어 발전기의 구동 샤프트는 배기 챔버의 단부에 연결된다.
가스터빈은 4행정 기관의 피스톤과 같은 왕복 기구를 구비하지 않으므로, 피스톤-실린더와 같은 상호 마찰 부분이 없어 윤활의 소비가 극히 적다. 또한, 가스 터빈은 왕복 기계의 특징인 진폭이 크게 감소되어 고속 회전 운동이 가능하다는 점에서 유리하다.
가스 터빈의 열역학적 사이클은 브레이튼 사이클을 따르는 것이 이상적이다. 브레이튼 사이클은 등엔트로피 압축(단열 압축), 정압 가열, 등엔트로피 팽창(단열 팽창), 정압 방열을 포함하는 4개의 상으로 이루어진다. 대기의 공기를 흡입하여 고압으로 압축한 후, 정압 환경에서 연료가 연소되어 열에너지를 방출한다. 그 후, 고온의 연소 가스는 팽창되어 운동에너지로 변환되고, 잔여 에너지를 갖고 있는 배기 가스는 대기로 방출된다. 이와 유사하게, 브레이튼 사이클은 4개의 과정, 즉 압축, 가열, 팽창, 및 방열로 이루어진다.
가스 터빈의 작동을 간략히 설명한다. 압축기에서 압축된 공기는 연료와 혼합되고 연소되어 고온의 연소 가스를 생성하고, 생성된 연소 가스는 터빈 블레이드로 분사된다. 분사된 연소 가스는 터빈 베인과 블레이드를 통과하여 터빈 블레이드에 회전력을 발생시키고, 이에 따라 터빈 블레이드에 결합된 로터를 회전시킨다.
연소 라이너 내부에서 연소된 고온 고압의 연소 가스는 트랜지션 피스를 통해 터빈으로 전달된다. 가스 터빈 효율을 유지하고 향상시키기 위해서는, 연소 라이너와 트랜지션 피스 간의 갭을 통해 고온 고압의 연소 가스가 누설되는 것을 방지하는 것이 중요하다.
본 발명은 연소 라이너와 트랜지션 피스 간의 갭을 통해 고온 고압의 연소 가스가 누설되는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 연소가 일어나는 연소 라이너, 연소 라이너에 연결되어 연소 가스가 통과하는 트랜지션 피스, 및 연소 라이너와 트랜지션 피스 사이에 배치되어 연소 가스가 연소 라이너와 트랜지션 피스 간의 갭을 통해 누설되는 것을 방지하는 허니콤 실 링을 포함하는 가스 터빈의 연소기를 제공한다. 허니콤 실 링은 연소 라이너의 출구부에 삽입되어 가압된 연소 가스가 연소 라이너와 트랜지션 피스가 서로 결합될 때 연소 라이너와 트랜지션 피스 간의 갭을 통해 누설되는 것을 방지한다. 여기서, 연소 라이너는 연소 라이너 바디, 및 연소 라이너 바디에 연결되고 트랜지션 피스가 결합되는 출구부를 더 포함한다.
또한, 허니콤 실 링은 금속 합금으로 이루어지는 허니콤 실 세그먼트, 허니콤 실 세그먼트용 설치 공간을 제공하며 허니콤 실 세그먼트가 장착되는 배킹 플레이트, 및 원통 형상을 갖고 배킹 플레이트의 내부에 설치되는 유지 링을 포함할 수 있다.
배킹 플레이트는 측방향 정면에서 볼 때 만곡된 형상을 갖고, 허니콤 실 세그먼트는 배킹 플레이트의 볼록면에 설치된다.
유지 링은 그의 축 방향을 따라 상기 유지 링의 외경면에 홈부를 구비하여 허니콤 실 세그먼트를 갖는 배킹 플레이트가 유지 링에 삽입된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 유지 링은 허니콤 실 세그먼트를 갖는 복수의 배킹 플레이트를 수용할 수 있다.
허니콤 실 링과 출구부는 서로 탈착가능하게 결합될 수 있고, 허니콤 실 세그먼트는 그의 다른 부분에 비해 일부에서 상이한 높이를 갖는다. 허니콤 실 세그먼트는 H-214 합금, Hast-X 합금, 또는 L-605 합금과 같은 금속 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허니콤 실 링은 연소 라이너의 출구부 대신에 트랜지션 피스에 삽입될 수 있어서, 고온 고압의 연소 가스가 연소 라이너와 트랜지션 피스가 서로 결합될 때 이들 간의 갭을 통해 누설되는 것을 방지한다.
이 경우, 허니콤 실 세그먼트는 측방향 정면에서 볼 때 만곡된 형상을 갖는 배킹 플레이트의 오목면에 설치된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 허니콤 실 링은 연소 라이너의 출구부 대신에 트랜지션 피스에 삽입될 수 있어서, 고온 고압의 연소 가스가 연소 라이너와 트랜지션 피스가 서로 결합될 때 이들 간의 갭을 통해 누설되는 것을 방지한다.
본 발명의 이러한 및/또는 다른 양태, 특징, 및 이점은 첨부한 도면과 함께 다음의 예시적 실시예들의 설명으로부터 명백해지고 보다 쉽게 이해될 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 전체 구조를 나타낸 도면이고;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 연소기를 나타낸 도면이고;
도 3은 스프링 클립을 갖는 연소 라이너를 나타낸 도면이고;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 허니콤 실 링을 갖는 연소 라이너를 나타낸 도면이고;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 허니콤 실 세그먼트, 배킹 플레이트, 및 유지 링을 포함하는 허니콤 실 링을 나타낸 도면이고;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 허니콤 실 세그먼트와 배킹 플레이트의 조립체를 나타낸 도면이고;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 라이너와 트랜지션 피스의 조립체를 나타낸 것으로, 그 사이에 허니콤 실 링이 구비되어 있는 도면이고;
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 허니콤 실 링을 나타낸 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 전체 구조를 나타낸 도면이고;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 연소기를 나타낸 도면이고;
도 3은 스프링 클립을 갖는 연소 라이너를 나타낸 도면이고;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 허니콤 실 링을 갖는 연소 라이너를 나타낸 도면이고;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 허니콤 실 세그먼트, 배킹 플레이트, 및 유지 링을 포함하는 허니콤 실 링을 나타낸 도면이고;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 허니콤 실 세그먼트와 배킹 플레이트의 조립체를 나타낸 도면이고;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 라이너와 트랜지션 피스의 조립체를 나타낸 것으로, 그 사이에 허니콤 실 링이 구비되어 있는 도면이고;
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 허니콤 실 링을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 예시적 실시예들을 보다 상세하게 설명할 것이다. 도면에서 구성요소에 부여된 참조 부호와 관련하여, 동일한 구성요소들이 다른 도면에 도시되어 있더라도, 이들은 가능한 동일한 참조 부호들에 의해 지칭된다는 것을 유념해야 할 것이다. 또한, 예시적 실시예들의 설명에 있어서, 잘 알려진 관련 구조나 기능의 상세한 설명이 본 발명의 모호한 해석을 유발할 것으로 여겨지면 이러한 설명은 생략될 것이다.
그러나, 개시된 특정 예시적 실시예들로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니라는 것을 이해하여야 한다. 그 반대로, 예시적 실시예들은 그 범위에 포함되는 모든 변형, 균등물, 및 대체물을 포함할 것이다. 도면 전체에 걸쳐서 유사한 부호들은 유사한 구성요소를 나타낸다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위한 것으로, 이는 한정되게 의도되지 않는다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현도 포함하는 것으로 의도된다. 본 명세서에서 사용될 때 "포함하다" "포함하는", "구비하다", 및/또는 "구비하는" 용어는 명세서상에 기재된 특징, 정수, 단계, 동작, 소자, 및/또는 구성요소의 존재를 지칭하려는 것이지, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 소자, 구성요소, 및/또는 이들 그룹의 존재 또는 부가를 배제하지 않는 것으로 또한 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 구성요소를 설명하기 위하여 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등과 같은 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어들 각각은 해당 구성요소의 본질, 순서, 또는 차례를 정의하는데 사용되지 않고, 그 해당 구성요소를 다른 구성요소(들)와 단지 구별하는데 사용된다. 본 명세서에서 하나의 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합", 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 제1 구성요소가 제2 구성요소에 직접적으로 연결, 결합, 또는 접속될 수 있을 지라도, 제1 및 제2 구성요소 사이에 제3 구성요소가 "연결", "결합" 및 "접속"될 수도 있다는 것을 유념하여야 한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용된 기술 및 과학적 용어를 포함하는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해되는 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로나 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 안되고 관련 기술의 문맥에서 그 의미와 일관되는 의미로 해석될 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 예시적 실시예들을 상세하게 설명할 것이다. 그 구성 및 효과는 다음의 설명으로부터 명확하게 이해될 수 있다.
도 1은 가스 터빈(1000)의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 연소기(1200)의 일례를 나타낸 도면이다. 도 3 및 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스프링 클립 및 실 링을 갖는 연소 라이너를 각각 나타낸 도면이다.
브레이튼 사이클을 구현하는 가스 터빈(1000)은 압축기, 연소기, 및 터빈(1300)을 포함한다. 도 1은 가스 터빈(1000)의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 다음의 설명은 도 1의 예시적인 가스 터빈에 근거하여 이루어지지만, 도 1에 도시된 바와 같은 가스 터빈(1000)으로 한정되지 않고 동등한 구성을 갖는 다른 가스 터빈 엔진에 적용될 수 있다.
압축기(1100)는 공기를 흡입하여 압축하는 역할을 한다. 압축기(1100)는 압축된 공기를 연소기(1200)로 공급하면서 이러한 압축 공기를 가스 터빈(1000)의 고온 영역으로 공급하여 가스 터빈(1000) 내의 고온 영역을 냉각시킨다. 흡입된 공기는 압축기에서 단열 압축 과정을 거치게 되므로, 압축기(1100)를 통과한 공기의 압력과 온도는 증가하게 된다.
가스 터빈(1000)에 포함된 압축기(1100)는 대개 원심 압축기(1100) 또는 축류 압축기로서 설계된다. 일반적으로, 원심 압축기(1100)는 소형 가스 터빈(1000)에 적용되지만, 다단식 축류 압축기(1100)는, 다량의 공기 압축 때문에, 도 1에 도시된 바와 같은 가스 터빈(1000)과 같은 대형 가스 터빈(1000)에서 사용된다. 도 1을 참조하면, 압축기(1100)는 터빈(1300)에서 출력되는 동력의 일부를 사용하여 구동되기 때문에 압축기(1100)의 회전 샤프트와 터빈(1300)의 회전 샤프트는 서로 연결된다.
압축기(1100)는 터빈(1300)에서 출력되는 동력의 일부를 사용하여 구동된다. 이를 위해, 압축기(1100)의 회전 샤프트와 터빈(1300)의 회전 샤프트는 서로 직접 결합된다. 대형 가스 터빈(1000)의 경우, 터빈(1300)에 의해 생성되는 동력의 거의 절반은 압축기를 구동하는데 소모된다. 그러므로, 압축기(1100)의 효율 향상은 가스 터빈(1000)의 전체 효율에 큰 영향을 미친다.
연소기(1200)는 압축기(1100)의 출구로부터 공급되는 압축 공기를 연료와 혼합하고 그 혼합물을 일정한 압력에서 연소시켜 높은 에너지의 연소 가스를 생성한다. 도 2는 예시적인 연소기(1200)를 도시하고 있다. 연소기(1200)는 압축기의 하류에 배치되고, 복수의 버너(1220)는 연소기의 환형 케이싱(1210)을 따라 배치된다. 각 버너(1220)에는 수개의 연소 노즐(1230)이 제공되며, 연소 노즐(1230)에서 분사되는 연료는 소정의 비율로 공기와 혼합되어 그 혼합물이 연소에 적합하게 된다.
가스 연료와 액체 연료, 또는 이들을 조합한 복합 연료가 가스 터빈(1000)에서 사용될 수 있다. 법적 규제를 받는 일산화탄소 또는 질소산화물의 배출 양을 저감하기 위해 연소 환경을 조성하는 것이 중요하다. 따라서, 근래 들어, 예혼합 연소가 통상적으로 적용되는데, 이는 연소 제어가 상대적으로 어렵더라도, 연소 온도를 낮추고 균일한 연소를 조성하여 배기 가스를 줄일 수 있기 때문이다.
예혼합 연소의 경우, 압축 공기는 연소 노즐(1230)에서 분사된 연료와 혼합된 후에 연소 챔버(1240)로 들어간다. 예혼합된 가스의 초기 점화는 점화기를 이용하여 이루어진다. 연소가 점화 후에 안정되면, 연료와 공기를 공급함으로써 연소는 유지된다.
연소기(1200) 내의 고온 환경으로 인해, 연소기(1200)를 충분하게 냉각시킬 필요가 있는데, 이는 버너(1220)와 터빈(1300)을 연결하는 덕트 조립체의 외면을 따라 압축 공기를 유동시킴으로써 달성될 수 있고, 고온의 연소 가스는 덕트 조립체를 통해 유동한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 덕트 조립체는 연소 라이너(1250), 트랜지션 피스(1260), 및 유동 슬리브(1270)를 포함한다. 압축 공기는 연소 노즐(1230)을 향해 흐르게 된다. 이러한 과정에서, 고온의 연소 가스에 의해 가열된 덕트 조립체는 적절히 냉각될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 덕트 조립체는 탄성 지지 수단(1280)을 통해 결합되는 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260)의 외면을 유동 슬리브(1270)가 둘러싸는 이중 구조를 포함할 수 있다. 압축 공기는 유동 슬리브(1270) 내의 환형 공간으로 침투하여 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260)를 냉각시킨다.
여기서, 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260)의 단부는 연소기(1200)와 터빈(1300)에 각각 고정되므로, 탄성 지지 수단(1280)은 열 팽창으로 인한 길이와 직경 신장에 부응할 수 있는 구조로 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260)를 지지할 수 있어야 한다.
연소기(1200)에서 생성된 고온 고압의 연소 가스는 덕트 조립체를 통해 터빈(1300)으로 공급된다. 터빈(1300)에서, 연소 가스의 단열 팽창에 의해, 터빈(1300)의 회전 샤프트에 방사상으로 배치된 다수의 블레이드에 충돌과 반동력을 가하여 회전 샤프트를 회전시키도록 연소 가스의 열 에너지는 기계적 에너지로 변환된다. 터빈(1300)에서 얻은 기계적 에너지의 일부는 압축기에서 공기를 압축하는데 필요한 에너지로서 공급되는데 반하여, 나머지는 발전기를 구동하여 전력을 생산하는 등의 유효 에너지로서 사용된다.
이와 같이, 가스 터빈(1000)의 주요 구성요소는 왕복운동을 하지 않는다. 또한, 가스 터빈은 피스톤-실린더와 같은 상호 마찰 부분이 없어 윤활유를 거의 소모하지 않는다. 더 나아가, 가스 터빈(1000)은 왕복 기계의 특징인 진폭이 크게 감소되어 고속 운동이 가능하다는 점에서 유리하다.
연소 라이너(1250) 내부에서 연소된 고온 고압의 연소 가스는 트랜지션 피스(1260)를 통해 터빈(1300)으로 전달된다. 가스 터빈 효율을 유지하고 향상시키기 위해서는, 연소 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260) 간의 갭을 통해 고온 고압의 연소 가스가 누설되는 것을 방지하는 것이 중요하다.
도 3은 연소 라이너(1250)를 도시하고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 연소 라이너는 연소가 일어나는 연소 라이너 바디(1251), 및 라이너 바디의 바닥에 위치되며 트랜지션 피스(1260)가 결합되는 출구부(1252)를 포함할 수 있다. 종래의 연소 라이너(1250)의 경우, 연소 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260)의 연결에 대해, 연소된 고온 고압의 가스가 연소 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260) 간의 갭을 통해 누설되는 것을 억제하기 위하여, 스프링 클립(1253)이 제공될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 라이너(1250)를 도시하고 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 연소 라이너(1250)는 연소가 일어나는 연소 라이너 바디(1251), 및 라이너 바디의 바닥에 위치되며 트랜지션 피스(1260)가 결합되는 출구부(1252)를 포함할 수 있다. 연소 라이너(1250)는 라이너의 출구부(1252)에 배치되는 허니콤 실 링(1254)을 더 포함할 수 있어서, 고온 고압의 가스가 연소 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260)가 서로 결합될 때 연소 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260) 간의 갭을 통해 누설되는 것을 방지한다.
도 5에 도시된 바와 같은 허니콤 실 링(1254)은 금속 합금으로 이루어지는 허니콤 실 세그먼트(1256), 허니콤 실 세그먼트(1256)용 설치 공간을 제공하며 허니콤 실 세그먼트(1256)가 장착되는 배킹 플레이트(1257), 및 허니콤 실 세그먼트(1256)와 배킹 플레이트(1257)의 조립체가 탈착가능하게 끼워지는 유지 링(1258)을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 유지 링(1258)은 라이너의 출구부(1252)에 결합되도록 원통 형상으로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 유지 링(1258)에는 원통 형상의 축 방향을 따라 유지 링(1258)의 외경면에 홈부(1259)가 제공될 수 있어서, 허니콤 실 세그먼트(1256)와 배킹 플레이트(1257)의 조립체가 홈부(1259)에 삽입된다.
도 5는 원통 형상으로 이루어진 유지 링(1258)의 축 방향을 따라 양측 상에서 이격되고 배치된 "ㄷ" 형상의 홈부(1259)를 도시하고 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 유지 링(1258)의 홈부(1259)는 도면에 도시된 형상으로 한정되지 않고, 허니콤 실 세그먼트(1256)와 배킹 플레이트(1257)의 조립체가 용이하게 결합되고 고정될 수 있는 다른 형태로 변경될 수 있다. 예를 들어, 홈부(1259)는 곡선형 홈 형상으로 변경될 수 있고 배킹 플레이트(1257)는 곡선형 홈의 단부에 장착될 수 있다. 홈부는 배킹 플레이트(1257)가 유지 링(1258)에 장착되게 하는 다른 구조로 다양하게 변경될 수 있다.
허니콤 실 세그먼트(1256)와 배킹 플레이트(1257)의 조립체는 유지 링(1258)과 유사하게 배킹 플레이트(1257)를 원통 형상으로 형성함으로써 원통 형상으로 형성될 수 있다. 허니콤 실 세그먼트(1256)는 원통형 배킹 플레이트(1257)의 외주면에 장착될 수 있다. 허니콤 실 링(1254)은 허니콤 실 세그먼트(1256)와 배킹 플레이트(1257)의 원통형 조립체를 원통형 유지 링(1258)과 결합시켜서 형성될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따른 허니콤 실 세그먼트(1256)와 배킹 플레이트(1257)의 조립체는 전술한 바와 같은 원통형 링 형태로 한정되지 않는다. 예를 들어, 허니콤 실 세그먼트(1256)와 배킹 플레이트(1257)의 조립체를 유지 링(1258)에 보다 용이하게 삽입하기 위하여 허니콤 실 세그먼트(1256)와 배킹 플레이트(1257)의 둘 이상의 조립체가 유지 링(1258)에 삽입될 수 있다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 허니콤 실 세그먼트(1256)와 배킹 플레이트(1257)의 예시적 조립체를 도시하고 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 다른 배킹 플레이트(1257)는 상부에서 볼 때 직사각형 형상 및 정면측에서 볼 때 곡선형 원호 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 허니콤 실 세그먼트(1256)는 배킹 플레이트(1257)의 볼록면부에 설치될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이 허니콤 실 세그먼트(1256)와 배킹 플레이트(1257)의 분할된 조립체를 형성함으로써, 허니콤 실 링(1254)은 허니콤 실 세그먼트(1256)와 배킹 플레이트(1257)의 복수의 조립체를 유지 링(1258)에 슬라이딩가능하게 삽입하여 형성될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 허니콤 실 세그먼트(1256)와 배킹 플레이트(1257)의 조립체는 유지 링(1258)에 삽입되고, 유지 링(1258)의 부분에 삽입된 허니콤 실 세그먼트(1256)와 배킹 플레이트(1257)의 다수의 조립체는 유지 링(1258)의 전체를 원주 방향으로 둘러싼다.
허니콤 실 세그먼트(1256)와 배킹 플레이트(1257)의 복수의 조립체를 이용하여 형성된 허니콤 실 링(1254)은 유지보수 측면에서 유리하다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, "허니콤 실 세그먼트(1256)와 배킹 플레이트(1257)의 조립체"의 복수개가 유지 링(1258)에 삽입되어 허니콤 실 링(1254)을 형성하면, 허니콤 실 세그먼트(1256)의 일부 파손으로 인해 연소 가스의 실링 효율이 감소될 때, 허니콤 실 세그먼트(1256)와 배킹 플레이트(1257)의 조립체 전체를 교체하는 대신에 허니콤 실 세그먼트(1256)와 배킹 플레이트(1257)의 조립체의 파손된 부분을 교체할 수 있다.
복수의 허니콤 실 세그먼트(1256)는 배킹 플레이트(1257)의 볼록면부를 따라 설치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 허니콤 실 세그먼트(1256)는 수평 방향 또는 수직 방향을 따라 소정의 패턴을 가질 수 있다. 허니콤 실 세그먼트(1256)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 유지 링(1258)의 축 방향이나 원주 방향을 따라 일렬로 배치될 수 있다. 유지 링(1258)의 원주 방향은 원통형 유지 링(1258)의 접선 방향을 나타낸다.
허니콤 실 세그먼트(1256)의 배열은 도면에 도시된 형태로 한정되지 않고, 허니콤 실 링(1254)이 연소 라이너(1250)의 출구부(1252)에 장착되고 트랜지션 피스(1260)가 허니콤 실 링(1254)을 둘러싸면서 라이너의 출구부(1252)에 결합될 때에 연소 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260)의 결합된 부분을 통해 연소 가스가 누설되는 것을 억제하는 다양한 구조로 변경될 수 있다. 도 7은 서로 결합된 연소 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260)의 단면도로서, 그들 사이에 허니콤 실 링(1254)이 배치되어 있다.
연소 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260) 사이에 허니콤 실 링(1254)을 배치하여 연소 가스의 누설을 최소화하는 연소 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260)의 조립체를 형성할 수 있다. 이는 허니콤 실 링(1254)을 연소 라이너(1250)의 외면에 설치하여 이를 둘러싼 후에 트랜지션 피스(1260)를 허니콤 실 링(1254)에 결합함으로써 달성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 허니콤 실 세그먼트(1256)는 연소 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260)를 용이하게 결합시키기 위하여 상이한 길이를 갖도록 형성될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 허니콤 실 세그먼트(1256)의 일부는 다른 허니콤 실 세그먼트(1256)보다 짧은 길이를 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 허니콤 실 세그먼트(1256)는 배킹 플레이트(1257)에 장착된 후에 허니콤 실 세그먼트(1256)와 배킹 플레이트(1257)의 조립체가 유지 링(1258)에 삽입되고, 이에 의하여 허니콤 실 링(1254)을 형성한다. 이러한 방식으로 형성된 허니콤 실 링(1254)은 연소 라이너(1250)의 출구부(1252)에 장착될 수 있고, 그리고 나서 트랜지션 피스(1260)는 연소 라이너(1250)의 출구부(1252)에 결합되어 허니콤 실 링(1254)을 둘러싼다. 따라서, 트랜지션 피스(1260)와 허니콤 실 링(1254) 간의 마찰을 줄일 수 있고, 트랜지션 피스(1260)가 연소 라이너(1250)의 출구부(1252)에 결합될 때에, 즉 트랜지션 피스(1260)가 허니콤 실 링(1254)의 허니콤 실 세그먼트(1256)를 둘러싸도록 결합될 때에, 허니콤 실 세그먼트(1256)의 높이를 가변시킴으로써 트랜지션 피스(1260)와 허니콤 실 링(1254)은 서로 용이하게 결합될 수 있다.
예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 허니콤 실 세그먼트(1256)가 다른 세그먼트(1256)보다 짧은 허니콤 실 세그먼트(1256)의 단부에 단차부(1256a)가 형성될 수 있다.
대안적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 허니콤 실 링(1254)에 포함된 허니콤 실 세그먼트(1256)는 그 높이가 점점 달라지도록 구성될 수 있다. 이는 전술한 바와 같이 연소 가스의 누설을 억제하면서 트랜지션 피스(1256)와 허니콤 실 세그먼트(1256)의 결합을 용이하게 한다.
허니콤 실 세그먼트(1256)용 재료는 고온 및 산화를 견딜 수 있어야 한다. 허니콤 실 세그먼트(1256)용으로 Hast-X 또는 H-214와 같은 니켈 합금이 통상적으로 사용된다. 허니콤 실 세그먼트(1256)는 니켈 납땜을 통해 배킹 플레이트(1257)에 부착되고, 이에 따라 배킹 플레이트(1257)는 허니콤 실 세그먼트(1256)와 유사하거나 동일한 합금으로 형성될 수 있다. 유지 링(1258)도 고온 및 산화를 견딜 수 있어야 하고, 이에 따라 H-230이 바람직할 수 있지만 Hast-X, Nimonic-263, IN-625, 또는 H-230이 통상적으로 선택된다. 그러나, 허니콤 실 세그먼트(1256)의 재료는 이에 한정되는 것은 아니고 그 목적을 충족시키는 다양한 재료로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 허니콤 실 링(1254)은 연소 라이너(1250)의 출구부(1252)에 결합되는 것에 한정되지 않는다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 허니콤 실 링(1254)은 트랜지션 피스(1260)의 내벽에 장착될 수 있다. 예를 들어, 허니콤 실 링(1254)이 트랜지션 피스(1260)의 입구부의 내부에 삽입된 후에 연소 라이너(1250)의 출구부(1252)는 허니콤 실 링(1254)이 그 위에 장착되는 트랜지션 피스(1260)의 입구부에 삽입될 수 있어서, 연소 가스가 연소 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260) 간의 갭으로 누설되는 것을 방지한다.
이 경우, 배킹 플레이트(1257)가 측면에서 볼 때 곡선형 원호 형상을 가지면, 허니콤 실 세그먼트(1256)는 배킹 플레이트(1257)의 오목면에 설치되는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 허니콤 실 세그먼트(1256)는 상이한 높이를 가질 수 있거나 또는 높이가 가변되도록 구성될 수 있어서 연소 라이너(1250)의 출구부(1252)는 그 내부에 허니콤 실 링(1254)을 갖는 트랜지션 피스(1260)의 입구부의 내부에 용이하게 삽입될 수 있다.
연소 라이너 챔버를 몇몇의 예시적 실시예들을 통해 위에서 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 명세서에서 개시된 기본 사상에 따라 가장 넓은 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 본 발명의 범위 내로 해석되어야 하는 개시된 예시적 실시예들을 조합하거나 대체함으로써 전술하지 않은 형태의 패턴을 구현할 수 있다. 더 나아가, 다양한 수정 및 변형이 청구범위의 사상이나 범위로부터 벗어남이 없이 이러한 예시적 실시예들에 대해 용이하게 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다.
Claims (20)
- 연소가 일어나는 연소 라이너;
상기 연소 라이너에 연결되어 연소 가스가 통과하는 트랜지션 피스; 및
상기 연소 라이너와 상기 트랜지션 피스 사이에 배치되어 연소 가스가 상기 연소 라이너와 상기 트랜지션 피스 간의 갭을 통해 누설되는 것을 방지하는 허니콤 실 링을 포함하고,
상기 연소 라이너는,
연소 라이너 바디; 및
상기 연소 라이너 바디에 연결되고 상기 트랜지션 피스가 결합되는 출구부를 더 포함하고,
상기 허니콤 실 링은,
금속 합금으로 이루어지는 허니콤 실 세그먼트,
상기 허니콤 실 세그먼트용 설치 공간을 제공하며 상기 허니콤 실 세그먼트가 장착되는 배킹 플레이트; 및
원통 형상을 갖고 상기 배킹 플레이트의 내부에 설치되는 유지 링을 더 포함하는,
가스 터빈의 연소기. - 제1항에 있어서,
상기 허니콤 실 링은 상기 연소 라이너의 출구부에 삽입되어, 가압된 연소 가스가 상기 연소 라이너와 상기 트랜지션 피스가 서로 결합될 때 상기 연소 라이너와 상기 트랜지션 피스 간의 갭을 통해 누설되는 것을 방지하는, 가스 터빈의 연소기. - 삭제
- 제2항에 있어서,
상기 유지 링은 상기 허니콤 실 세그먼트를 갖는 복수의 배킹 플레이트를 수용하고,
상기 복수의 배킹 플레이트 각각은 측방향 정면에서 볼 때 만곡된 형상을 갖고, 상기 허니콤 실 세그먼트는 상기 배킹 플레이트의 볼록면에 설치되는, 가스 터빈의 연소기. - 제4항에 있어서,
상기 유지 링은 그의 축 방향을 따라 상기 유지 링의 외경면에 홈부를 구비하여 상기 홈부에 상기 허니콤 실 세그먼트를 갖는 상기 배킹 플레이트가 삽입되는, 가스 터빈의 연소기. - 제4항에 있어서,
일부에서 상기 허니콤 실 세그먼트의 높이는 다른 부분에서 상기 허니콤 실 세그먼트의 높이와 다른, 가스 터빈의 연소기. - 제4항에 있어서,
상기 허니콤 실 세그먼트는 H-214 합금, Hast-X 합금, 및 L-605 합금 중 어느 하나로 이루어지는, 가스 터빈의 연소기. - 제1항에 있어서,
상기 허니콤 실 링은 트랜지션 피스에 삽입되어, 가압된 연소 가스가 상기 연소 라이너와 상기 트랜지션 피스가 서로 결합될 때 상기 연소 라이너와 상기 트랜지션 피스 간의 갭을 통해 누설되는 것을 방지하는, 가스 터빈의 연소기. - 연소가 일어나는 연소 라이너;
상기 연소 라이너에 연결되어 연소 가스가 통과하는 트랜지션 피스; 및
상기 연소 라이너와 상기 트랜지션 피스 사이에 배치되어 연소 가스가 상기 연소 라이너와 상기 트랜지션 피스 간의 갭을 통해 누설되는 것을 방지하는 허니콤 실 링을 포함하고,
상기 연소 라이너는,
연소 라이너 바디; 및
상기 연소 라이너 바디에 연결되고 상기 트랜지션 피스가 결합되는 출구부를 더 포함하고,
상기 허니콤 실 링은 상기 트랜지션 피스에 삽입되어, 가압된 연소 가스가 상기 연소 라이너와 상기 트랜지션 피스가 서로 결합될 때 상기 연소 라이너와 상기 트랜지션 피스 간의 갭을 통해 누설되는 것을 방지하고,
상기 허니콤 실 링은,
금속 합금으로 이루어지는 허니콤 실 세그먼트;
상기 허니콤 실 세그먼트용 설치 공간을 제공하며 상기 허니콤 실 세그먼트가 장착되는 배킹 플레이트; 및
원통 형상을 갖고 상기 배킹 플레이트가 내부에 설치되는 유지 링을 더 포함하는, 가스 터빈의 연소기. - 제9항에 있어서,
상기 유지 링은 상기 허니콤 실 세그먼트를 갖는 복수의 배킹 플레이트를 수용하고,
상기 복수의 배킹 플레이트 각각은 측방향 정면에서 볼 때 만곡된 형상을 갖고, 상기 허니콤 실 세그먼트는 상기 배킹 플레이트의 오목면에 설치되는, 가스 터빈의 연소기. - 제10항에 있어서,
상기 유지 링은 그의 축 방향을 따라 상기 유지 링의 내경면에 홈부를 구비하여 상기 홈부에 상기 허니콤 실 세그먼트를 갖는 상기 배킹 플레이트가 삽입되는, 가스 터빈의 연소기. - 제10항에 있어서,
일부에서 상기 허니콤 실 세그먼트의 높이는 다른 부분에서 상기 허니콤 실 세그먼트의 높이와 다른, 가스 터빈의 연소기. - 제10항에 있어서,
상기 허니콤 실 세그먼트는 H-214 합금, Hast-X 합금, 및 L-605 합금 중 어느 하나로 이루어지는, 가스 터빈의 연소기. - 외부로부터 받은 공기를 압축하는 압축기;
상기 압축기의 하류에 배치되고, 상기 압축기로부터 공급된 압축 공기를 연료와 혼합하고, 그 혼합물을 일정한 압력에서 연소시켜 높은 에너지의 연소 가스를 생성하는 연소기;
상기 연소기에서 생성된 고온 고압의 연소 가스가 공급되는 터빈; 및
상기 압축기와 터빈에 연결되어 상기 터빈에서 발생된 회전력을 상기 압축기에 전달해서, 상기 압축기의 회전을 발생시키는 회전 샤프트를 포함하고,
상기 연소기는,
연소가 일어나는 연소 라이너;
상기 연소 라이너에 연결되어 연소 가스가 통과하는 트랜지션 피스; 및
상기 연소 라이너와 상기 트랜지션 피스 사이에 배치되어 연소 가스가 상기 연소 라이너와 상기 트랜지션 피스 간의 갭을 통해 누설되는 것을 방지하는 허니콤 실 링을 포함하고,
상기 연소 라이너는 연소 라이너 바디, 및 상기 연소 라이너 바디에 연결되고 상기 트랜지션 피스가 결합되는 출구부를 더 포함하고,
상기 허니콤 실 링은,
금속 합금으로 이루어지는 허니콤 실 세그먼트;
상기 허니콤 실 세그먼트용 설치 공간을 제공하며 상기 허니콤 실 세그먼트가 장착되는 배킹 플레이트; 및
원통 형상을 갖고 상기 배킹 플레이트의 내부에 설치되는 유지 링을 더 포함하는, 발전용 가스 터빈. - 제14항에 있어서,
상기 허니콤 실 링은 상기 연소 라이너의 출구부에 삽입되어, 가압된 연소 가스가 상기 연소 라이너와 상기 트랜지션 피스가 서로 결합될 때 상기 연소 라이너와 상기 트랜지션 피스 간의 갭을 통해 누설되는 것을 방지하는, 발전용 가스 터빈. - 삭제
- 제15항에 있어서,
상기 유지 링은 상기 허니콤 실 세그먼트를 갖는 복수의 배킹 플레이트를 수용하고,
상기 복수의 배킹 플레이트 각각은 측방향 정면에서 볼 때 만곡된 형상을 갖고, 상기 허니콤 실 세그먼트는 상기 배킹 플레이트의 볼록면에 설치되는, 발전용 가스 터빈. - 제17항에 있어서,
상기 유지 링은 그의 축 방향을 따라 상기 유지 링의 외경면에 홈부를 구비하여 상기 홈부에 상기 허니콤 실 세그먼트를 갖는 상기 배킹 플레이트가 삽입되는, 발전용 가스 터빈. - 제17항에 있어서,
일부에서 상기 허니콤 실 세그먼트의 높이는 다른 부분에서 상기 허니콤 실 세그먼트의 높이와 다른, 발전용 가스 터빈. - 제17항에 있어서,
상기 허니콤 실 세그먼트는 H-214 합금, Hast-X 합금, 및 L-605 합금 중 어느 하나로 이루어지는, 발전용 가스 터빈.
Applications Claiming Priority (2)
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| US16/131,031 US11009131B2 (en) | 2018-09-14 | 2018-09-14 | Combustor having honeycomb seal ring |
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| KR20200031493A KR20200031493A (ko) | 2020-03-24 |
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