KR102138016B1 - Combustor with axial fuel staging and gas turbine including the same - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a combustor and a gas turbine including the same, wherein the combustor has an axial fuel staging system in which a fuel/air mixture is injected at stages spaced apart in two axial directions, increases a degree of mixing of fuel and air in an injector into which a secondary fuel/air mixture is injected, and can prevent flashback.

Description

축방향 연료 스테이징 시스템을 갖는 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈{COMBUSTOR WITH AXIAL FUEL STAGING AND GAS TURBINE INCLUDING THE SAME}Combustor with an axial fuel staging system and a gas turbine comprising the same {COMBUSTOR WITH AXIAL FUEL STAGING AND GAS TURBINE INCLUDING THE SAME}

본 발명은 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2개의 축 방향으로 이격된 스테이지에서 연료/공기 혼합물이 분사되는 축방향 연료 스테이징(axial fuel staging) 시스템을 가지며, 2차적 연료/공기 혼합물이 분사되는 인젝터에 있어서 연료와 공기의 혼합도가 향상되며 역화(flashback)를 방지할 수 있는 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈에 관한 것이다. The present invention relates to a combustor and a gas turbine including the same, and more particularly, to have an axial fuel staging system in which a fuel/air mixture is injected in two axially spaced stages, and a secondary fuel / It relates to a combustor and a gas turbine including the same that improves the mixing degree of fuel and air in an injector in which an air mixture is injected and prevents flashback.

일반적으로, 터빈은 물, 가스, 증기 등과 같은 유체가 가지는 에너지를 기계적 일로 변환시키는 기계로서, 보통 회전체의 원주에 여러 개의 깃 또는 날개를 심고 거기에 증기 또는 가스를 내뿜어 충동력 또는 반동력으로 고속 회전시키는 터보형의 기계를 터빈이라고 한다. In general, a turbine is a machine that converts the energy of a fluid such as water, gas, steam, etc. into mechanical work. Usually, several feathers or wings are planted on the circumference of a rotating body, and steam or gas is blown therein to impulse or reaction force. A turbo type machine that rotates is called a turbine.

이러한 터빈의 종류로는, 높은 곳의 물이 가지는 에너지를 이용하는 수력 터빈, 증기가 가지는 에너지를 이용하는 증기 터빈, 고압의 압축공기가 가지는 에너지를 이용하는 공기 터빈, 고온 고압의 가스가 가지는 에너지를 이용하는 가스 터빈 등이 있다. The types of turbines include hydro turbines using energy of high water, steam turbines using energy of steam, air turbines using energy of high pressure compressed air, and gases using energy of high temperature and high pressure gas. And turbines.

일반적으로 가스 터빈은 압축기에서 고압으로 압축된 공기에 연료를 혼합시킨 후 연소시켜 생성되는 고온, 고압의 연소 가스를 터빈에 분사시켜 회전시킴으로써 열에너지를 역학적 에너지로 변환하는 내연기관의 일종이다. In general, a gas turbine is a type of internal combustion engine that converts thermal energy into mechanical energy by injecting and rotating a high-temperature, high-pressure combustion gas generated by combustion after mixing fuel with compressed air at high pressure in a compressor.

이러한 가스 터빈은 4 행정 기관의 피스톤과 같은 왕복운동 기구가 없기 때문에 피스톤-실린더와 같은 상호 마찰부분이 없어 윤활유의 소비가 극히 적으며 왕복 운동기계의 특징인 진폭이 대폭 감소되고, 고속운동이 가능한 장점이 있다.Since these gas turbines do not have a reciprocating mechanism such as a piston of a four-stroke engine, there is no mutual friction part such as a piston-cylinder, so the consumption of lubricant is extremely small, the amplitude characteristic of reciprocating machines is greatly reduced, and high-speed motion is possible. There are advantages.

가스 터빈은 기본적인 요소로서 공기를 압축시키는 압축기, 압축기로부터 공급받은 압축공기와 연료를 연소시켜 연소가스를 생성시키는 연소기 및 연소기로부터 뿜어져 나온 고온 고압의 가스를 통해 날개를 회전시켜 전력을 발생시키는 터빈을 포함한다.A gas turbine is a basic element, a compressor that compresses air, a compressor that generates compressed gas by burning compressed air and fuel supplied from the compressor, and a turbine that generates power by rotating the blades through high-temperature and high-pressure gas emitted from the combustor It includes.

상기 연소기에서 발생되는 연소 상태는 등압가열 과정으로서 연소가스 온도를 터빈 메탈이 견딜 수 있는 온도까지 상승시키는데, 상기 연소기는 압축기로부터 나온 고온, 고압의 공기를 연료와 반응시켜 높은 에너지를 갖게 하고 이를 터빈에 전달하여 터빈을 구동하는 역할을 수행하는 부분에 해당된다.The combustion state generated in the combustor is an isothermal heating process, which raises the combustion gas temperature to a temperature that the turbine metal can withstand. The combustor reacts with high temperature and high pressure air from the compressor with fuel to have high energy, and this turbine Corresponds to the part that serves to drive the turbine by passing on it.

일부 연소기에서, 연소 가스들의 생성은 2개의 축 방향으로 이격된 스테이지에서 일어난다. 그러한 연소기들은, 연소기의 헤드 단부 하류의 하나 이상의 연료 분사기로 연료 및 산화제를 운반하는, "축 방향 연료 스테이징(AFS)" 시스템을 포함하는 것으로 언급된다. AFS 시스템을 갖는 연소기에서, 연소기의 상류 측 단부에서 1차적 연료 노즐이, 연료 및 공기(또는 연료/공기 혼합물)를 축 방향으로 1차적 연소 구역 내로 분사한다. 그리고, 1차적 연료 노즐의 하류에 위치하는 AFS 연료 분사기가, 연료 및 공기(또는 2차적 연료/공기 혼합물)를 1차적 연소 구역의 하류의 2차적 연소 구역 내로 교차-유동으로서 분사한다. 교차-유동은 일반적으로, 1차적 연소 구역으로부터의 연소 생성물의 유동을 가로지른다. 축 방향으로 단계화된 분사는, 이용 가능한 연료의 완전 연소의 가능성을 증가시키며, 이는 결과적으로 대기 오염 배출물을 감소시킨다.In some combustors, the production of combustion gases takes place in stages spaced in two axial directions. Such combustors are said to include a "axial fuel staging (AFS)" system that delivers fuel and oxidant to one or more fuel injectors downstream of the combustor's head end. In a combustor with an AFS system, a primary fuel nozzle at the upstream end of the combustor injects fuel and air (or fuel/air mixture) axially into the primary combustion zone. Then, the AFS fuel injector located downstream of the primary fuel nozzle injects fuel and air (or secondary fuel/air mixture) into the secondary combustion zone downstream of the primary combustion zone as cross-flow. Cross-flow generally traverses the flow of combustion products from the primary combustion zone. Axial staged injection increases the likelihood of complete combustion of available fuel, which in turn reduces air pollution emissions.

일부의 경우에, 연료 및 공기를 2차적 연소 구역 내로 혼합물로서 도입하는 것이 바람직하다. 그에 따라, AFS 분사기의 혼합 능력은, 가스 터빈의 전체 작동 효율 및/또는 배기가스에 영향을 미친다.In some cases, it is desirable to introduce fuel and air as a mixture into the secondary combustion zone. Accordingly, the mixing ability of the AFS injector affects the overall operating efficiency and/or exhaust gas of the gas turbine.

또한, AFS 분사기를 통해 2차적 연료/공기 혼합물을 분사하는 경우 1차적 연소 구역으로부터의 연소 생성물의 유동에 의해 2차적 연료/공기 혼합물의 역화(flashback)가 일어나는 문제점이 발생할 수 있다. Also, when injecting the secondary fuel/air mixture through the AFS injector, a problem may occur in which the secondary fuel/air mixture flashback is caused by the flow of combustion products from the primary combustion zone.

미국 공개특허공보 제2018-0135531호(2018.05.17. 공개)U.S. Patent Publication No. 2018-0135531 (published May 17, 2018)

본 발명은 2개의 축 방향으로 이격된 스테이지에서 연료/공기 혼합물이 분사되는 축방향 연료 스테이징(axial fuel staging) 시스템을 가지며, 2차적 연료/공기 혼합물이 분사되는 인젝터에 있어서 연료와 공기의 혼합도가 향상되며 역화(flashback)를 방지할 수 있는 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈을 제공하는 것에 목적이 있다. The present invention has an axial fuel staging system in which a fuel/air mixture is injected in two axially spaced stages, and the degree of mixing of fuel and air in an injector in which a secondary fuel/air mixture is injected The object is to provide a gas turbine including a combustor and a gas burner capable of improving and preventing flashback.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description. There will be.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예는, 연소 챔버를 한정하는 라이너와, 상기 라이너의 후단에 결합되는 트랜지션 피스와, 상기 라이너와 트랜지션 피스를 둘러싸도록 이격 형성되는 유동 슬리브 및 상기 라이너 또는 트랜지션 피스의 둘레 방향을 따라 배치되며, 연료와 공기의 혼합물을 분사하는 적어도 하나 이상의 인젝터를 포함하며, 상기 인젝터는, 상기 라이너와 유동 슬리브 또는 상기 트랜지션 피스와 유동 슬리브를 동시에 관통하도록 반경방향으로 연장 형성되는 분사관 및 상기 분사관의 중심에 빈 공간이 형성되도록 상기 분사관의 내면에 원주방향을 따라 배치되는 복수의 베인을 포함하는, 연소기를 제공한다. An embodiment of the present invention for solving the above problems, a liner defining a combustion chamber, a transition piece coupled to the rear end of the liner, and a flow sleeve and the liner spaced apart to surround the liner and the transition piece Or is disposed along the circumferential direction of the transition piece, and includes at least one injector for injecting a mixture of fuel and air, the injector being radially through the liner and the flow sleeve or through the transition piece and the flow sleeve simultaneously. It provides a combustor comprising an injection pipe that is extended and a plurality of vanes disposed along a circumferential direction on an inner surface of the injection pipe so that an empty space is formed in the center of the injection pipe.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 분사관을 둘러싸도록 배치되는 연료 플리넘을 더 포함하며, 상기 인젝터는, 상기 각각의 베인 내부에 구비되며, 상기 연료 플리넘과 유체 연통하는 복수의 연료 연통 유로 및 상기 연료 연통 유로로부터 상기 베인의 외부로 연료를 분사하기 위해 상기 각각의 베인에 형성되는 복수의 제1 연료 포트를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, further comprising a fuel plenum disposed to surround the injection pipe, the injector is provided inside each vane, a plurality of fuel communication passages in fluid communication with the fuel plenum And a plurality of first fuel ports formed in each vane to inject fuel from the fuel communication passage to the outside of the vane.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 연료 플리넘으로 연료를 공급하기 위해 상기 유동 슬리브의 축 방향을 따라 연장 형성되는 연료 공급 유로를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a fuel supply flow path extending along an axial direction of the flow sleeve may be further included to supply fuel to the fuel plenum.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 각각의 베인에는 복수 개의 제1 연료 포트가 구비되며, 상기 복수 개의 제1 연료 포트는 베인의 서로 마주보는 측면에 각각 적어도 하나 이상 구비될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, each vane is provided with a plurality of first fuel ports, and the plurality of first fuel ports can be provided with at least one of each of the vanes facing each other.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 인젝터는, 상기 연료 플리넘으로부터 상기 분사관의 내부로 연료를 분사하기 위해 상기 분사관에 형성되는 복수의 제2 연료 포트를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the injector may further include a plurality of second fuel ports formed in the injection pipe to inject fuel from the fuel plenum into the interior of the injection pipe.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 제2 연료 포트는 상기 복수의 베인 사이마다 적어도 하나 이상 구비되도록 배치될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the plurality of second fuel ports may be arranged to be provided with at least one between the plurality of vanes.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 분사관은 원통형의 관으로 형성될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the injection tube may be formed of a cylindrical tube.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 인젝터는, 상기 분사관의 중심에 구비되어 상기 복수의 베인을 통과한 연료와 공기의 혼합물을 상기 분사관의 중심부로 가이드하기 위한 센터바디를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the injector may further include a center body provided at the center of the injection pipe to guide a mixture of fuel and air passing through the plurality of vanes to the center of the injection pipe. have.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 베인을 통과한 연료와 공기의 혼합물이 가이드되는 상기 센터바디의 단부는 콘(cone) 형상일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, an end portion of the center body to which a mixture of fuel and air that has passed through the plurality of vanes is guided may have a cone shape.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 센터바디는 상기 복수의 베인의 내측단부와 맞닿을 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the center body may contact the inner end of the plurality of vanes.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 분사관의 적어도 일부는 상기 유동 슬리브 측에서 상기 라이너 또는 트랜지션 피스 측으로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, at least a portion of the injection pipe may be formed to be narrower in width toward the liner or transition piece from the flow sleeve side.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 분사관의 단부는 상기 센터바디의 단부 형상에 대응하여 동일한 기울기로 형성될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the end portion of the injection pipe may be formed with the same slope corresponding to the end shape of the center body.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 인젝터는, 외부와 내부를 연통하는 적어도 하나의 연통홀이 구비되고, 내부에 일정한 체적(volume)을 형성하며 상기 분사관의 상부를 덮도록 결합되는 댐퍼를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the injector is provided with at least one communication hole communicating the outside and the inside, forming a constant volume (volume) inside the damper coupled to cover the upper portion of the injection pipe It may further include.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 인젝터는, 상기 연통홀에 슬라이드 가능하게 결합되며, 내부를 관통하는 관통유로를 갖는 실린더를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the injector is slidably coupled to the communication hole, and may further include a cylinder having a through passage through the inside.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 인젝터는 상기 라이너 또는 트랜지션 피스의 둘레 방향을 따라 복수 개가 배치되며, 상기 각각의 인젝터가 상기 라이너 또는 트랜지션 피스의 접선과 이루는 각도들 중 적어도 일부는 서로 상이할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a plurality of injectors are disposed along the circumferential direction of the liner or transition piece, and at least some of the angles each injector forms with the tangent line of the liner or transition piece may be different from each other. Can.

또한, 상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예는, 공기를 흡입하여 고압으로 압축시키는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 공기와 연료를 혼합하고 연소시켜 고온, 고압의 연소가스를 생성하는 연소기 및 상기 연소기로부터 전달된 연소가스에 의해 회전력을 얻어 전력을 발생시키는 터빈을 포함하는, 가스터빈을 제공한다. 상기 연소기는 상기에서 살펴본 실시 예들을 동일하게 포함할 수 있다. In addition, an embodiment of the present invention for solving the above problems, a compressor for inhaling air and compressing it at high pressure, and mixing and burning compressed air and fuel in the compressor to produce high-temperature, high-pressure combustion gas A gas turbine comprising a combustor and a turbine that generates power by obtaining rotational force by the combustion gas delivered from the combustor. The combustor may include the embodiments described above.

본 발명에 따르면, 연소기의 1차적 연소 구역에서 연료와 공기의 예혼합 연소가 이루어짐과 동시에, 1차적 연소 구역의 하류에 위치하는 연소기의 2차적 연소 구역으로 인젝터를 통해 연료와 공기 혼합물을 직접 주입함에 따라 가스터빈의 질소산화물(NOx) 배출 수준이 감소될 수 있다. According to the present invention, premixed combustion of fuel and air is achieved in the primary combustion zone of the combustor, and fuel and air mixtures are directly injected through the injector into the secondary combustion zone of the combustor located downstream of the primary combustion zone. As a result, the nitrogen oxide (NOx) emission level of the gas turbine may be reduced.

이때, 2차적 연소 구역 내로 연료 및 공기 혼합물을 분사하는 인젝터는 원주방향을 따라 배치되는 복수의 베인을 포함하여, 연료와 공기의 혼합 능력을 향상시킴과 동시에 인젝터의 중심에 강한 유동을 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 1차적 연소 구역으로부터의 연소 생성물의 유동에 의해 역화(flashback)가 일어나는 것을 방지할 수 있다. At this time, the injector for injecting the fuel and air mixture into the secondary combustion zone includes a plurality of vanes arranged along the circumferential direction to improve the mixing ability of the fuel and air and at the same time to generate a strong flow in the center of the injector. have. Accordingly, it is possible to prevent flashback from being caused by the flow of combustion products from the primary combustion zone.

또한, 실시 예에 따라 인젝터는 2차적 연소 구역으로 가까워질수록 폭이 좁아지도록 형성됨으로써, 2차적 연소 구역으로 분사되는 연료 및 공기 혼합물의 중심 유동이 강해지고 속도가 증가할 수 있어, 역화를 보다 효과적으로 방지할 수 있다. In addition, according to the embodiment, the injector is formed to be narrower as it gets closer to the secondary combustion zone, so that the central flow of the fuel and air mixture injected into the secondary combustion zone can be strengthened and the speed can be increased, so that backfire is more It can be effectively prevented.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and include all effects that can be deduced from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈을 도시한 도면.
도 2는 도 1의 가스터빈에 포함된 연소기를 도시한 도면.
도 3은 도 2의 A-A 단면에서 바라본 모습을 도시한 도면.
도 4는 도 2의 제1 실시 예에 따른 인젝터 부분을 확대하여 도시한 도면.
도 5는 도 4의 인젝터를 위에서 바라본 모습을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 인젝터 부분을 도시한 도면.
도 7은 도 6의 인젝터를 위에서 바라본 모습을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 인젝터 부분을 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 인젝터 부분을 도시한 도면.
1 is a view showing a gas turbine according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a combustor included in the gas turbine of FIG. 1.
Figure 3 is a view showing a state viewed from section AA of Figure 2;
FIG. 4 is an enlarged view of a portion of the injector according to the first embodiment of FIG. 2.
5 is a view showing the injector of FIG. 4 as viewed from above.
6 is a view showing an injector portion according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a view of the injector of FIG. 6 as viewed from above.
8 is a view showing an injector part according to a third embodiment of the present invention.
9 is a view showing an injector portion according to a fourth embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the combustor of the present invention and a gas turbine including the same will be described with reference to the accompanying drawings.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으며, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하다.In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to a user's or operator's intention or practice, and the following embodiments do not limit the scope of the present invention, but rather the scope of the present invention. It is only exemplary of the components presented in the claims.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다. In order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar elements throughout the specification. Throughout the specification, when a part “includes” a certain component, this means that other components may be further provided, not excluding other components, unless specifically stated to the contrary.

우선, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈의 구성을 도 1 및 2를 참조하여 설명하도록 한다. First, a configuration of a gas turbine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 터빈(1)은, 크게 케이싱(10)과, 공기를 흡입하여 고압으로 압축하기 위한 압축기(20)와, 상기 압축기(20)에 의해 압축된 공기를 연료와 혼합하여 연소시키기 위한 연소기(30)와, 상기 연소기(30)로부터 전달된 연소가스에 의해 회전력을 얻어 전력을 발생시키는 터빈(40)을 포함할 수 있다. Gas turbine (1) according to an embodiment of the present invention, the casing 10, the compressor 20 for compressing high pressure by sucking air, and the air compressed by the compressor 20 and the fuel It may include a combustor 30 for mixing and combustion, and a turbine 40 that generates electric power by obtaining rotational force by the combustion gas transmitted from the combustor 30.

상기 케이싱(10)은, 상기 압축기(20)가 수용되는 압축기 케이싱(12), 상기 연소기(30)가 수용되는 연소기 케이싱(13) 및 상기 터빈(40)이 수용되는 터빈 케이싱(14)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 압축기 케이싱(12), 상기 연소기 케이싱(13) 및 상기 터빈 케이싱(14)은 유체 흐름 방향 상 상류 측으로부터 하류 측으로 순차적으로 배열될 수 있다.The casing 10 includes a compressor casing 12 in which the compressor 20 is accommodated, a combustor casing 13 in which the combustor 30 is accommodated, and a turbine casing 14 in which the turbine 40 is accommodated. can do. Here, the compressor casing 12, the combustor casing 13 and the turbine casing 14 may be sequentially arranged from the upstream side to the downstream side in the fluid flow direction.

상기 케이싱(10)의 내부에는 로터(중심축; 50)가 회전 가능하게 구비되며, 발전을 위해 상기 로터(50)에는 발전기(미도시)가 연동되고, 상기 케이싱(10)의 하류 측에는 상기 터빈(40)을 통과한 연소 가스를 배출하는 디퓨저가 구비될 수 있다. A rotor (center axis; 50) is rotatably provided inside the casing 10, a generator (not shown) is interlocked with the rotor 50 for power generation, and the turbine is located on the downstream side of the casing 10. A diffuser for discharging the combustion gas passing through the 40 may be provided.

상기 로터(50)는, 상기 압축기 케이싱(12)에 수용되는 압축기 로터 디스크(52), 상기 터빈 케이싱(14)에 수용되는 터빈 로터 디스크(54) 및 상기 연소기 케이싱(13)에 수용되고 상기 압축기 로터 디스크(52)와 상기 터빈 로터 디스크(54)를 연결하는 토크 튜브(53), 상기 압축기 로터 디스크(52), 상기 토크 튜브(53) 및 상기 터빈 로터 디스크(54)를 체결하는 타이 로드(55)와 고정 너트(56)를 포함할 수 있다.The rotor 50 is accommodated in the compressor rotor disk 52 accommodated in the compressor casing 12, the turbine rotor disk 54 accommodated in the turbine casing 14, and the combustor casing 13, and the compressor Tie rod (53) connecting the rotor disc (52) and the turbine rotor disc (54), the compressor rotor disc (52), the torque tube (53) and the tie rod for fastening the turbine rotor disc (54) 55) and a fixing nut (56).

상기 압축기 로터 디스크(52)는 복수(예를 들어 14매)로 형성되고, 복수의 상기 압축기 로터 디스크(52)는 상기 로터(50)의 축 방향을 따라 배열될 수 있다. 즉, 상기 압축기 로터 디스크(52)는 다단으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 각 압축기 로터 디스크(52)는 대략 원판형으로 형성되고, 외주부에는 후술할 압축기 블레이드(22)와 결합되는 압축기 블레이드 결합 슬롯이 형성될 수 있다.The compressor rotor disk 52 is formed in a plurality (for example, 14 sheets), and the plurality of compressor rotor disks 52 may be arranged along the axial direction of the rotor 50. That is, the compressor rotor disk 52 may be formed in multiple stages. Further, each of the compressor rotor disks 52 is formed in a substantially disc shape, and a compressor blade coupling slot coupled with a compressor blade 22 to be described later may be formed on the outer circumference.

상기 터빈 로터 디스크(54)는 상기 압축기 로터 디스크(52)와 유사하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 터빈 로터 디스크(54)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 터빈 로터 디스크(54)는 상기 로터(50)의 축 방향을 따라 배열될 수 있다. 즉, 상기 터빈 로터 디스크(54)는 다단으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 각 터빈 로터 디스크(54)는 대략 원판형으로 형성되고, 외주부에는 후술할 터빈 블레이드(42)와 결합되는 터빈 블레이드 결합 슬롯이 형성될 수 있다.The turbine rotor disk 54 may be formed similarly to the compressor rotor disk 52. That is, the turbine rotor disk 54 may be formed in plural, and the plurality of turbine rotor disks 54 may be arranged along the axial direction of the rotor 50. That is, the turbine rotor disk 54 may be formed in multiple stages. In addition, each of the turbine rotor disk 54 is formed in a substantially disk shape, the outer peripheral portion may be formed with a turbine blade coupling slot coupled to the turbine blade 42 to be described later.

상기 토크 튜브(53)는 상기 터빈 로터 디스크(54)의 회전력을 상기 압축기 로터 디스크(52)로 전달하는 토크 전달 부재로서, 일단부가 복수의 상기 압축기 로터 디스크(52) 중 공기의 유동 방향 상 최하류 단에 위치되는 압축기 로터 디스크와 체결되고, 타단부가 복수의 상기 터빈 로터 디스크(54) 중 연소 가스의 유동 방향 상 최상류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크와 체결될 수 있다. 여기서, 상기 토크 튜브(53)의 일단부와 타단부 각각에는 돌기가 형성되고, 상기 압축기 로터 디스크(52)와 상기 터빈 로터 디스크(54) 각각에는 상기 돌기와 치합되는 홈이 형성되어, 상기 토크 튜브(53)가 상기 압축기 로터 디스크(52) 및 상기 터빈 로터 디스크(54)에 대해 상대 회전이 방지될 수 있다.The torque tube 53 is a torque transmission member for transmitting the rotational force of the turbine rotor disk 54 to the compressor rotor disk 52, one end of which is the highest in the flow direction of air among the plurality of compressor rotor disks 52. Compressed with the compressor rotor disk located at the downstream end, the other end of the plurality of turbine rotor disk 54 may be engaged with the turbine rotor disk located at the uppermost end in the flow direction of the combustion gas. Here, protrusions are formed at one end and the other end of the torque tube 53, and grooves engaged with the protrusions are formed at each of the compressor rotor disk 52 and the turbine rotor disk 54, so that the torque tube Relative rotation of the 53 with respect to the compressor rotor disk 52 and the turbine rotor disk 54 can be prevented.

또한, 상기 토크 튜브(53)는, 상기 압축기(20)로부터 공급되는 공기가 그 토크 튜브(53)를 통과하여 상기 터빈(40)으로 유동 가능하도록, 중공형의 실린더 형태로 형성될 수 있다. 이때, 상기 토크 튜브(53)는 장기간 지속적으로 운전되는 가스 터빈의 특성상 변형 및 뒤틀림 등에 강하게 형성되고, 용이한 유지 보수를 위해 조립 및 해체가 용이하게 형성될 수 있다.Further, the torque tube 53 may be formed in a hollow cylinder shape so that air supplied from the compressor 20 can flow through the torque tube 53 and flow to the turbine 40. At this time, the torque tube 53 is strongly formed, such as deformation and warping, due to the characteristics of the gas turbine that is continuously operated for a long period of time, and can be easily assembled and disassembled for easy maintenance.

상기 타이 로드(55)는 복수의 상기 압축기 로터 디스크(52), 상기 토크 튜브(53) 및 복수의 상기 터빈 로터 디스크(54)를 관통하도록 형성되고, 일단부가 복수의 상기 압축기 로터 디스크(52) 중 공기의 유동 방향 상 최상류 단에 위치되는 압축기 로터 디스크 내에 체결되고, 타단부가 복수의 상기 터빈 로터 디스크(54) 중 연소 가스의 유동 방향 상 최하류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크를 기준으로 상기 압축기(20)의 반대측으로 돌출되고 상기 고정 너트(56)와 체결될 수 있다. The tie rod 55 is formed to penetrate a plurality of the compressor rotor disk 52, the torque tube 53 and the plurality of turbine rotor disk 54, one end of which is a plurality of the compressor rotor disk 52 Based on the turbine rotor disc which is fastened in the compressor rotor disc positioned at the uppermost stage in the flow direction of the heavy air, and the other end of the plurality of turbine rotor discs 54 located at the downstream stage in the flow direction of the combustion gas. It protrudes to the opposite side of the compressor 20 and can be engaged with the fixing nut 56.

여기서, 상기 고정 너트(56)는 상기 최하류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크(54)를 상기 압축기(20) 측으로 가압하고, 상기 최상류 단에 위치되는 압축기 로터 디스크(52)와 상기 최하류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크(54) 사이 간격이 감소됨에 따라, 복수의 상기 압축기 로터 디스크(52), 상기 토크 튜브(53) 및 복수의 상기 터빈 로터 디스크(54)가 상기 로터(50)의 축 방향으로 압축될 수 있다. 이에 따라, 복수의 상기 압축기 로터 디스크(52), 상기 토크 튜브(53) 및 복수의 상기 터빈 로터 디스크(54)의 축 방향 이동 및 상대 회전이 방지될 수 있다.Here, the fixing nut 56 pressurizes the turbine rotor disc 54 located at the lowermost stage toward the compressor 20, and the compressor rotor disc 52 located at the uppermost stage and the lowermost stage. As the spacing between the positioned turbine rotor disks 54 is reduced, a plurality of the compressor rotor disks 52, the torque tube 53 and the plurality of turbine rotor disks 54 are axial in the rotor 50 Can be compressed. Accordingly, axial movement and relative rotation of the plurality of compressor rotor discs 52, the torque tube 53, and the plurality of turbine rotor discs 54 can be prevented.

한편, 본 실시예의 경우 하나의 상기 타이 로드가 복수의 상기 압축기 로터 디스크, 상기 토크 튜브 및 복수의 상기 터빈 로터 디스크의 중심부를 관통하도록 형성되나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 압축기 측과 터빈 측에 각각 별도의 타이 로드가 구비될 수도 있고, 복수의 타이 로드가 원주 방향을 따라 방사상으로 배치될 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다. On the other hand, in the case of this embodiment, one of the tie rods is formed to penetrate through the center of the plurality of compressor rotor disks, the torque tube, and the plurality of turbine rotor disks, but is not limited thereto. That is, separate tie rods may be provided on the compressor side and the turbine side, and a plurality of tie rods may be radially disposed along the circumferential direction, and mixing of these is possible.

이러한 구성에 따른 상기 로터(50)는 양단부가 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되고, 일단부가 상기 발전기의 구동축에 연결될 수 있다. The rotor 50 according to this configuration may be rotatably supported at both ends by a bearing, and one end may be connected to the drive shaft of the generator.

상기 압축기(20)는, 상기 로터(50)와 함께 회전되는 압축기 블레이드(22) 및 상기 압축기 블레이드(22)로 유입되는 공기의 흐름을 정렬하도록 상기 압축기 케이싱(12)에 설치되는 압축기 베인(24)을 포함할 수 있다.The compressor 20, the compressor vane (24) installed in the compressor casing (12) to align the flow of air flowing into the compressor blade (22) and the compressor blade (22) rotated with the rotor (50) ).

상기 압축기 블레이드(22)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 압축기 블레이드(22)는 상기 로터(50)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성되고, 복수의 상기 압축기 블레이드(22)는 각 단마다 상기 로터(50)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다. The compressor blade 22 is formed in plural, the plural compressor blades 22 are formed in plural stages along the axial direction of the rotor 50, and the plural compressor blades 22 are provided for each stage. It may be formed radially along the rotation direction of the rotor 50.

즉, 상기 압축기 블레이드(22)의 루트부(22a)는 상기 압축기 로터 디스크(52)의 압축기 블레이드 결합 슬롯에 결합되며, 상기 루트부(22a)는 상기 압축기 블레이드(22)가 그 압축기 블레이드 결합 슬롯으로부터 상기 로터(50)의 회전 반경 방향으로 이탈되는 것을 방지하도록, 전나무(fir-tree) 형태로 형성될 수 있다. 이때, 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은 마찬가지로, 상기 압축기 블레이드의 루트부(22a)에 대응되도록 전나무 형태로 형성될 수 있다. That is, the root portion 22a of the compressor blade 22 is coupled to the compressor blade coupling slot of the compressor rotor disc 52, and the root portion 22a has the compressor blade 22 coupled to the compressor blade coupling slot. It can be formed in the form of a fir (tree), so as to prevent the rotor 50 from being separated in the radial direction of rotation. At this time, the compressor blade coupling slot may likewise be formed in a fir shape to correspond to the root portion 22a of the compressor blade.

본 실시 예의 경우, 상기 압축기 블레이드 루트부(22a)와 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은 전나무 형태로 형성되나, 이에 한정되는 것은 아니고 도브 테일 형태 등으로 형성될 수도 있다. 또는, 상기 형태 외의 다른 체결장치, 예를 들어 키 또는 볼트 등의 고정구를 이용하여 상기 압축기 블레이드를 상기 압축기 로터 디스크에 체결할 수 있다.In the present embodiment, the compressor blade root portion 22a and the compressor blade coupling slot are formed in a fir shape, but are not limited thereto, and may be formed in a dove tail shape or the like. Alternatively, the compressor blade may be fastened to the compressor rotor disk by using a fastener such as a key or bolt other than the above-mentioned type.

여기서, 상기 압축기 로터 디스크(52)와 상기 압축기 블레이드(22)는 통상적으로 탄젠셜 타입(tangential type) 또는 액셜 타입(axial type)으로 결합되는데, 본 실시예의 경우에는, 상기 압축기 블레이드 루트부(22a)가 전술한 바와 같이 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯에 상기 로터(50)의 축 방향을 따라 삽입되는 소위 액셜 타입 형태로 형성되고 있다. 이에 따라, 본 실시 예에 따른 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은 복수로 형성되고, 복수의 상기 압축기 블레이드 결합 슬롯은 상기 압축기 로터 디스크(52)의 원주 방향을 따라 방사상으로 배열될 수 있다.Here, the compressor rotor disk 52 and the compressor blade 22 are typically combined in a tangential type or an axial type. In the present embodiment, the compressor blade root portion 22a ) Is formed in a so-called axial type that is inserted along the axial direction of the rotor 50 into the compressor blade coupling slot as described above. Accordingly, the compressor blade coupling slots according to the present embodiment may be formed in plural, and the plurality of compressor blade coupling slots may be radially arranged along the circumferential direction of the compressor rotor disk 52.

상기 압축기 베인(24)은 복수로 형성되고, 복수의 상기 압축기 베인(24)은 상기 로터(50)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 압축기 베인(24)과 상기 압축기 블레이드(22)는 공기 유동 방향을 따라 서로 번갈아 배열될 수 있다. 또한, 복수의 상기 압축기 베인(24)은 각 단마다 상기 로터(50)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다. The compressor vanes 24 may be formed in plural, and the plural compressor vanes 24 may be formed in plural stages along the axial direction of the rotor 50. Here, the compressor vane 24 and the compressor blade 22 may be alternately arranged along the air flow direction. In addition, the plurality of compressor vanes 24 may be formed radially along the rotational direction of the rotor 50 for each stage.

상기 연소기(30)는 상기 압축기(20)로부터 유입되는 공기를 연료와 혼합 및 연소시켜 높은 에너지의 고온 고압 연소 가스를 만들어 내며, 등압 연소 과정으로 그 연소기 및 상기 터빈이 견딜 수 있는 내열 한도까지 연소 가스 온도를 높이도록 형성될 수 있다.The combustor 30 mixes and combusts the air flowing from the compressor 20 with fuel to produce high-temperature, high-temperature, high-pressure combustion gas, and burns to a heat-resistant limit that the combustor and the turbine can withstand through a constant pressure combustion process. It can be formed to increase the gas temperature.

구체적으로, 상기 연소기(30)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 연소기(30)는 상기 연소기 케이싱에 상기 로터(50)의 회전 방향을 따라 배열될 수 있다.Specifically, the combustor 30 is formed in a plurality, the plurality of combustors 30 may be arranged along the rotational direction of the rotor 50 in the combustor casing.

본 발명의 연소기(30)는 제1 연료/공기 혼합물이 고 에너지 연소 가스의 메인 유동을 생성하기 위해 연소기의 1차적 연소 구역에 분사되고 점화되며, 제2 연료/공기 혼합물이 1차적 연소 구역으로부터 하류에 배치되는 2차적 연소 구역에 분사되고 점화되는 축 방향 연료 스테이징(axial fuel staging) 시스템을 가진다. 이는, 다단 분사 시스템 또는 지연 희박(late-lean) 분사 시스템 등으로도 불린다. 축 방향으로 후속 단계의 제2 연료/공기 혼합물은 고 에너지 연소 가스의 메인 유동 내로 분사되고 메인 유동과 혼합되며, 이는 아래에서 자세히 살펴보도록 한다. Combustor 30 of the present invention is the first fuel / air mixture is injected and ignited in the primary combustion zone of the combustor to create the main flow of high energy combustion gas, the second fuel / air mixture is from the primary combustion zone It has an axial fuel staging system that is injected and ignited in a secondary combustion zone located downstream. This is also called a multi-stage injection system or a late-lean injection system. The second fuel/air mixture of the subsequent stage in the axial direction is injected into the main flow of high energy combustion gas and mixed with the main flow, which will be discussed in detail below.

상기 각 연소기(30)는 상기 압축기(20)에서 압축된 공기가 유입되는 라이너(100)와, 상기 라이너(100)의 후방에 위치하여 연소가스를 상기 터빈(40)으로 안내하는 트랜지션 피스(200)를 포함한다. 상기 라이너(100)는 내부에 연소 챔버(120)를 형성하고, 유동 슬리브(300)가 상기 라이너(100)와 트랜지션 피스(200)를 둘러싸도록 배치되어 그 사이에 환형의 유동공간을 형성한다. Each combustor 30 has a liner 100 through which compressed air flows from the compressor 20, and a transition piece 200 located at the rear of the liner 100 to guide combustion gas to the turbine 40. ). The liner 100 forms a combustion chamber 120 therein, and a flow sleeve 300 is disposed to surround the liner 100 and the transition piece 200 to form an annular flow space therebetween.

또한, 상기 각 연소기(30)는 상기 압축기(20)로부터 공급받은 압축공기와 연료를 혼합시키는 복수의 연소기용 노즐 어셈블리(400)를 구비하며, 상기 노즐 어셈블리(400)는 상기 라이너(100)의 전방에 결합된다. 상기 연소기 케이싱(13) 또는 상기 유동 슬리브(300)의 전방에는 엔드 플레이트(420)가 결합되며, 상기 엔드 플레이트(420)에 의해 상기 노즐 어셈블리(400)가 지지되고, 연소기가 밀봉될 수 있다. In addition, each combustor 30 is provided with a plurality of nozzle assemblies 400 for mixing the compressed air and fuel supplied from the compressor 20, the nozzle assembly 400 is the liner 100 of the Combined in the front. An end plate 420 is coupled to the front of the combustor casing 13 or the flow sleeve 300, the nozzle assembly 400 is supported by the end plate 420, and the combustor can be sealed.

이에 따라, 상기 연소기 케이싱(13)에 의해 한정되어 상기 압축기(20)로부터 배출되는 압축공기가 수용되는 수용공간(302)으로부터 상기 유동 슬리브(300)에 형성되는 다수의 유동홀(320)을 통해 상기 라이너(100)와 유동 슬리브(300) 사이의 환형 유로(140)로 압축공기(연소용 공기)가 유입될 수 있다. 이와 같이, 상기 라이너(100)와 슬리브(300) 사이의 환형 유로(140)로 유입된 압축공기는 연소기의 전방으로 유동되어 상기 엔드 플레이트(420)까지 도달한 후 반대 방향으로 전환되어 상기 노즐 어셈블리(400)로 공급된다. 즉, 상기 압축기(20)로부터 유입되는 압축공기는 상기 노즐 어셈블리(400)를 통해 연료와 혼합되면서 상기 연소 챔버(120) 내로 분사되며, 상기 연소 챔버(120)에서는 점화 플러그(미도시)에 의해 점화되어 연소가 일어나게 된다. Accordingly, it is limited by the combustor casing 13 through a plurality of flow holes 320 formed in the flow sleeve 300 from the receiving space 302 receiving compressed air discharged from the compressor 20 Compressed air (combustion air) may be introduced into the annular flow path 140 between the liner 100 and the flow sleeve 300. As described above, compressed air flowing into the annular flow path 140 between the liner 100 and the sleeve 300 flows to the front of the combustor to reach the end plate 420 and then switches in the opposite direction to switch the nozzle assembly 400. That is, compressed air flowing from the compressor 20 is injected into the combustion chamber 120 while being mixed with fuel through the nozzle assembly 400, and in the combustion chamber 120, by an ignition plug (not shown) It ignites and burns.

이때, 상기 라이너(100)는 적어도 부분적으로, 상기 노즐 어셈블리(400)에 의해 분사되는 제1 연료/공기 혼합물을 연소시키기 위한 1차적 연소 구역(102)을 한정할 수 있으며, 연소기의 축 방향으로 1차적 연소 구역(102)으로부터 하류에 형성되는 2차적 연소 구역(104)을 한정할 수 있을 것이다. At this time, the liner 100 may at least partially define a primary combustion zone 102 for burning the first fuel/air mixture injected by the nozzle assembly 400, in the axial direction of the combustor. It would be possible to define a secondary combustion zone 104 that is formed downstream from the primary combustion zone 102.

상기 연소기(30)는 축 방향으로 후속 단계에 해당하는, 2차적 연소 구역(104)에 제2 연료/공기 혼합물을 분사하기 위한 인젝터(500)를 더 포함한다. The combustor 30 further includes an injector 500 for injecting a second fuel/air mixture into the secondary combustion zone 104, corresponding to a subsequent step in the axial direction.

상기 인젝터(500)는 연소기의 축 방향으로 상기 노즐 어셈블리(400)의 하류에, 그리고 터빈(40)의 상류에 배치되며, 다수 개의 인젝터(500)가 단일 연소기(30) 내에서 사용될 수 있다. 본 실시 예에서, 상기 인젝터(500)는 상기 라이너(100)의 후단부에 배치되고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 트랜지션 피스(200)의 전단부 또는 후단부에 배치될 수도 있음은 물론이다. The injector 500 is disposed downstream of the nozzle assembly 400 in the axial direction of the combustor, and upstream of the turbine 40, and a plurality of injectors 500 can be used in a single combustor 30. In this embodiment, the injector 500 is disposed on the rear end of the liner 100, but is not limited thereto, and may be disposed on the front end or the rear end of the transition piece 200. .

상기 다수 개의 인젝터(500)는 상기 라이너(100)의 둘레 방향을 따라 이격 배치되며, 본 실시 예에서 상기 다수 개의 인젝터(500)는 단일 평면 내에 구비되고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 2개 이상의 축 방향으로 이격된 복수의 평면 내에 형성될 수도 있다. 상기 인젝터(500)는 상기 라이너(100)와 유동 슬리브(300)를 통해 반경방향으로 연장되어 상기 수용공간(302)과 연소 챔버(120)의 유체 연통을 제공한다. 즉, 상기 인젝터(500)는 상기 환형 유로(140) 내 압축공기의 유동을 가로지르는 방향으로 연장 형성된다. The plurality of injectors 500 are spaced apart along the circumferential direction of the liner 100, and in this embodiment, the plurality of injectors 500 are provided in a single plane, but are not limited thereto, and have two or more axes It may be formed in a plurality of planes spaced in the direction. The injector 500 extends radially through the liner 100 and the flow sleeve 300 to provide fluid communication between the receiving space 302 and the combustion chamber 120. That is, the injector 500 is formed to extend in a direction transverse to the flow of compressed air in the annular flow path 140.

상기 압축기(20)에서 배출되어 상기 수용공간(302)에 수용되는 압축공기의 일부는 상기 인젝터(500)로 유입되어 연료와 혼합된 후 상기 연소 챔버(120) 내로, 즉 2차적 연소 구역(104) 내로 분사된다. 상기 인젝터(500)에 의해 분사된 제2 연료/공기 혼합물은 상기 1차적 연소 구역(102)에서 연소된 고온의 연소 가스와 혼합된다. 상기 인젝터(500)에 관해서는 아래에서 자세히 살펴보도록 한다. Part of the compressed air discharged from the compressor 20 and received in the receiving space 302 is introduced into the injector 500 and mixed with fuel, and then into the combustion chamber 120, that is, the secondary combustion zone 104 ). The second fuel/air mixture injected by the injector 500 is mixed with the hot combustion gas burned in the primary combustion zone 102. The injector 500 will be described in detail below.

이때, 고온 및 고압의 연소가스에 노출된 상기 라이너(100)와 트랜지션 피스(200)를 냉각시키는 것은 연소기 내구성 증가를 위해 중요한 부분이다. 이를 위해, 상기 유동 슬리브(300)에 형성된 유동홀(320)을 통해 압축공기가 유입되어 상기 라이너(100)와 트랜지션 피스(200)의 외벽부와 수직으로 충돌함에 따라 상기 라이너와 트랜지션 피스를 냉각시킬 수 있다. At this time, cooling the liner 100 and the transition piece 200 exposed to high temperature and high pressure combustion gas is an important part for increasing the durability of the combustor. To this end, compressed air flows through the flow hole 320 formed in the flow sleeve 300 to cool the liner and transition piece as they collide vertically with the outer wall portion of the liner 100 and the transition piece 200. I can do it.

다음으로, 상기 터빈(40)은 상기 압축기(20)와 유사하게 형성될 수 있다. 상기 터빈(40)은, 상기 로터(50)와 함께 회전되는 터빈 블레이드(42) 및 상기 터빈 블레이드(42)로 유입되는 공기의 흐름을 정렬하도록 상기 터빈 케이싱(14)에 고정 설치되는 터빈 베인(44)을 포함할 수 있다.Next, the turbine 40 may be formed similarly to the compressor 20. The turbine 40, a turbine vane (42) rotating with the rotor 50 and a turbine vane fixedly installed in the turbine casing 14 to align the flow of air flowing into the turbine blade 42 ( 44).

상기 터빈 블레이드(42)는 복수로 형성되고, 복수의 상기 터빈 블레이드(42)는 상기 로터(50)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성되고, 복수의 상기 터빈 블레이드(42)는 각 단마다 상기 로터(50)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다. The turbine blades 42 are formed in a plurality, the plurality of turbine blades 42 are formed in a plurality of stages along the axial direction of the rotor 50, and the plurality of turbine blades 42 are for each stage. It may be formed radially along the rotation direction of the rotor 50.

즉, 상기 터빈 블레이드(42)의 루트부(42a)는 상기 터빈 로터 디스크(54)의 터빈 블레이드 결합 슬롯에 결합되며, 상기 루트부(42a)는 상기 터빈 블레이드(42)가 그 터빈 블레이드 결합 슬롯으로부터 상기 로터(50)의 회전 반경 방향으로 이탈되는 것을 방지하도록, 전나무(fir-tree) 형태로 형성될 수 있다. 이때, 상기 터빈 블레이드 결합 슬롯은 마찬가지로, 상기 터빈 블레이드의 루트부(42a)에 대응되도록 전나무 형태로 형성될 수 있다. That is, the root portion 42a of the turbine blade 42 is coupled to the turbine blade coupling slot of the turbine rotor disk 54, and the root portion 42a has the turbine blade 42 having the turbine blade coupling slot. It can be formed in the form of a fir (tree), so as to prevent the rotor 50 from being separated in the radial direction of rotation. At this time, the turbine blade coupling slot may likewise be formed in a fir shape to correspond to the root portion 42a of the turbine blade.

상기 터빈 베인(44)은 복수로 형성되고, 복수의 상기 터빈 베인(44)은 상기 로터(50)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 터빈 베인(44)과 상기 터빈 블레이드(42)는 공기 유동 방향을 따라 서로 번갈아 배열될 수 있다. 또한, 복수의 상기 터빈 베인(44)은 각 단마다 상기 로터(50)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다. The turbine vanes 44 may be formed in plural, and the plurality of turbine vanes 44 may be formed in plural stages along the axial direction of the rotor 50. Here, the turbine vane 44 and the turbine blade 42 may be alternately arranged along the air flow direction. In addition, the plurality of turbine vanes 44 may be formed radially along the rotational direction of the rotor 50 for each stage.

여기서, 상기 터빈(40)은 상기 압축기(20)와 달리 고온 고압의 연소 가스와 접촉하므로 열화 등의 손상을 방지하기 위한 냉각 수단을 필요로 한다. 이를 위해, 상기 압축기(20)의 일부 개소에서 압축된 공기를 추기하여 상기 터빈(40)으로 공급하기 위한 냉각 유로를 포함할 수 있다.Here, unlike the compressor 20, the turbine 40 is in contact with a high-temperature and high-pressure combustion gas, and thus requires a cooling means to prevent damage such as deterioration. To this end, it may include a cooling flow path for extracting compressed air at a part of the compressor 20 and supplying the compressed air to the turbine 40.

상기 냉각 유로는 실시 예에 따라, 상기 케이싱(10)의 외부에서 연장되거나(외부 유로), 상기 로터(50)의 내부를 관통하여 연장될 수 있고(내부 유로), 외부 유로 및 내부 유로를 모두 사용할 수도 있다. According to an embodiment, the cooling passage may extend from the outside of the casing 10 (outside passage), or may extend through the interior of the rotor 50 (inside passage), and both the outside passage and the inside passage You can also use

이때, 상기 냉각 유로는 상기 터빈 블레이드(42)의 내부에 형성되는 터빈 블레이드 쿨링 유로와 연통되어, 상기 터빈 블레이드(42)가 냉각 공기에 의해 냉각될 수 있다. 또한, 상기 터빈 블레이드 쿨링 유로는 상기 터빈 블레이드(42)의 표면에 형성되는 터빈 블레이드 필름 쿨링 홀과 연통되어, 냉각 공기가 상기 터빈 블레이드(42)의 표면에 공급됨으로써, 상기 터빈 블레이드(42)가 냉각 공기에 의해 소위 막 냉각될 수 있다. 상기 터빈 베인(44) 역시 상기 터빈 블레이드(42)와 유사하게 상기 냉각 유로로부터 냉각 공기를 공급받아 냉각될 수 있도록 형성될 수 있다.At this time, the cooling flow path communicates with the turbine blade cooling flow path formed inside the turbine blade 42, so that the turbine blade 42 may be cooled by cooling air. In addition, the turbine blade cooling flow path is in communication with the turbine blade film cooling hole formed on the surface of the turbine blade 42, so that the cooling air is supplied to the surface of the turbine blade 42, so that the turbine blade 42 is The so-called membrane can be cooled by cooling air. The turbine vane 44 may also be formed to be cooled by receiving cooling air from the cooling passage similar to the turbine blade 42.

여기서, 상기의 가스터빈은 본 발명의 일 실시 예에 불과하며, 아래에서 자세히 설명할 본 발명의 연소기는 일반적인 가스터빈은 물론, 공기와 연료의 연소가 이루어지는 제트 엔진까지 넓게 적용될 수 있다. Here, the gas turbine is only an embodiment of the present invention, and the combustor of the present invention, which will be described in detail below, can be widely applied to a jet engine in which air and fuel are combusted, as well as a general gas turbine.

이하, 첨부된 도 3 내지 5을 참고하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 인젝터(500)에 관하여 상세히 살펴보도록 한다. Hereinafter, the injector 500 according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached FIGS. 3 to 5.

인젝터(500)는 상기에서 살펴본 바와 같이 라이너(100)의 둘레 방향을 따라 배치되어, 연료와 공기의 혼합물을 2차적 연소 구역(104)으로 분사한다. 상기 라이너(100)의 둘레 방향을 따라 복수 개의 인젝터(500)가 일정하게 이격된 상태로 배치될 수 있으며, 본 실시 예에서는 4개의 인젝터(500)가 배치되고 있다. As described above, the injector 500 is disposed along the circumferential direction of the liner 100 to inject a mixture of fuel and air into the secondary combustion zone 104. A plurality of injectors 500 may be disposed along a circumferential direction of the liner 100 at regular intervals, and in this embodiment, four injectors 500 are disposed.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 복수 개의 인젝터(500)는 각 인젝터가 설치되는 위치에서 상기 라이너(100)의 접선에 대해 일정한 각도를 이루도록 설치된다. 이때, 상기 각각의 인젝터(500)가 상기 라이너(100)의 접선에 대해 이루는 각도 중 적어도 일부는 서로 상이할 수 있다. 도 3에서 상기 각각의 인젝터(500)가 상기 라이너(100)의 접선에 대해 이루는 각도를 α1, α2, α3, α4로 나타내었으며, 본 실시 예에서는 α1, α2, α3, α4가 모두 동일하지 않고 서로 상이한 경우를 도시하고 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, α1, α2, α3, α4 중 일부는 상이하고, 일부는 동일할 수도 있음은 물론이다. 이에 따라, 상기 각각의 인젝터(500)에서 2차적 연소 구역(104)으로 2차 연료/공기 혼합물이 분사되는 각도가 서로 상이하며, 2차적 연소 구역(104) 내 화염의 형상을 조정할 수 있어 연소기의 연소진동을 저감하는 효과를 얻을 수 있다. As shown in FIG. 3, the plurality of injectors 500 are installed to form a constant angle with respect to the tangent line of the liner 100 at a position where each injector is installed. At this time, at least some of the angles formed by the injectors 500 with respect to the tangent lines of the liner 100 may be different from each other. In FIG. 3, angles formed by each injector 500 with respect to the tangent line of the liner 100 are shown as α1, α2, α3, and α4, and in this embodiment, α1, α2, α3, and α4 are not the same. The different cases are shown. However, the present invention is not limited thereto, and of course, some of α1, α2, α3, and α4 are different, and some may be the same. Accordingly, the angle at which the secondary fuel/air mixture is injected from each of the injectors 500 to the secondary combustion zone 104 is different from each other, and the shape of the flame in the secondary combustion zone 104 can be adjusted. The effect of reducing the combustion vibration of can be obtained.

도 4 및 5를 참고하여 각각의 인젝터(500)에 관한 구조를 자세하게 살펴보면, 상기 각각의 인젝터(500)는, 상기 라이너(100)와 유동 슬리브(300)를 동시에 관통하도록 반경방향으로 연장 형성되는 분사관(520) 및 상기 분사관(520)의 중심에 빈 공간이 형성되도록 상기 분사관(520)의 내면에 원주방향을 따라 배치되는 복수의 베인(540)을 포함한다. Looking at the structure of each injector 500 in detail with reference to Figures 4 and 5, each injector 500 is formed to extend in the radial direction to penetrate the liner 100 and the flow sleeve 300 at the same time It includes a spray tube 520 and a plurality of vanes 540 disposed along the circumferential direction on the inner surface of the spray tube 520 so that an empty space is formed in the center of the spray tube 520.

상기 분사관(520)은 원통형의 관으로 구성될 수 있으며, 내부에 분사통로(522)를 한정한다. 상기 분사관(520)은 상기 수용공간(302)과 상기 라이너(100) 내부의 연소 챔버(120)를 연통하며, 2차적 연소 구역(104)으로 2차 연료/공기 혼합물을 분사하기 위해 상기 환형 유로(140)를 거쳐 상기 라이너(100)까지 연장 형성된다. 실시 예에 따라, 상기 분사관(520)은 상기 라이너(100)의 내부로 돌출되도록 연장될 수도 있다. The injection tube 520 may be configured as a cylindrical tube, and defines an injection passage 522 therein. The injection pipe 520 communicates with the receiving space 302 and the combustion chamber 120 inside the liner 100, and the annulus is used to inject a secondary fuel/air mixture into the secondary combustion zone 104. It extends through the flow path 140 to the liner 100. According to an embodiment, the injection pipe 520 may be extended to protrude into the liner 100.

상기 복수의 베인(540)은 상기 분사관(520)의 내면에 원주방향을 따라 배치되며, 본 실시 예에서 상기 복수의 베인(540)은 상기 분사관(520)의 최상단부에, 즉 상기 유동 슬리브(300) 측에 결합되고 있다. 상기 복수의 베인(540)은 일정하게 이격된 상태로 배치되는 것이 바람직하며, 상기 분사관(520)의 내면으로부터 중심을 향해 일정한 길이로 돌출되어 상기 분사관의 중심에는 원통형의 빈 공간이 형성되도록 한다. 이때, 상기 베인(540)의 길이, 즉 상기 분사관(520)의 내면으로부터 중심을 향해 돌출되는 길이는 상기 분사관의 지름(D)의 1/3 ~ 1/4에 해당하는 길이로 형성되는 것이 바람직하다. 도 5에는 상기 베인(540)의 길이가 상기 분사관의 지름(D)의 1/3에 해당하는 경우가 도시되고 있으며, 이에 따라 상기 분사관(520)의 중심에는 분사관의 지름(D)의 1/3에 해당하는 지름을 갖는 원통형의 빈 공간이 형성된다. The plurality of vanes 540 are disposed along the circumferential direction on the inner surface of the injection tube 520, and in this embodiment, the plurality of vanes 540 are at the uppermost end of the injection tube 520, that is, the flow It is coupled to the sleeve 300 side. The plurality of vanes 540 is preferably disposed in a spaced apart state, and protrudes in a predetermined length toward the center from the inner surface of the injection pipe 520 so that a cylindrical empty space is formed in the center of the injection pipe. do. At this time, the length of the vane 540, that is, the length protruding from the inner surface of the injection pipe 520 toward the center is formed to have a length corresponding to 1/3 to 1/4 of the diameter D of the injection pipe. It is preferred. FIG. 5 shows a case in which the length of the vane 540 corresponds to 1/3 of the diameter D of the injection pipe, and accordingly, the diameter D of the injection pipe at the center of the injection pipe 520 A cylindrical empty space having a diameter corresponding to 1/3 of is formed.

상기 인젝터(500)에서 연료와 공기의 혼합이 이루어지는 구조를 살펴보도록 한다. 상기 분사관(520)을 둘러싸도록 상기 유동 슬리브(300)에는 연료 플리넘(620)이 구비될 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 연료 플리넘(620)은 원통형의 분사관(520)에 대응하여 원통형의 공간부로 형성되고 있다. 상기 연료 플리넘(620)은 각각의 베인(540)과 유체 연통되어야 하므로, 상기 복수의 베인(540)이 구비되는 위치와 대응될 수 있도록 구비된다. The structure in which fuel and air are mixed in the injector 500 will be described. A fuel plenum 620 may be provided on the flow sleeve 300 so as to surround the injection pipe 520, and as shown in FIG. 5, the fuel plenum 620 has a cylindrical injection pipe 520. Correspondingly, it is formed as a cylindrical space. Since the fuel plenum 620 needs to be in fluid communication with each vane 540, the fuel plenum 620 is provided to correspond to a position where the plurality of vanes 540 are provided.

상기 연료 플리넘(620)의 연료를 상기 분사통로(522)로 분사하기 위해 상기 각각의 베인(540)에는 연료 연통 유로(542)와 제1 연료 포트(544)가 구비된다. 구체적으로, 상기 연료 연통 유로(542)는 각각의 베인 내부에 형성되며 상기 연료 플리넘(620)과 유체 연통된다. 상기 제1 연료 포트(544)는 상기 연료 연통 유로(542)로부터 상기 베인(540)의 외부, 즉 분사통로(522)로 연료를 분사하기 위한 것으로, 베인 내부의 연료 연통 유로(542)로부터 베인의 외벽면까지 관통 형성될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에서는 상기 각각의 베인(540)에 3개의 제1 연료 포트(544)가 구비되며, 상기 베인(540)의 반경방향 내측 단부와 서로 마주보는 측면에 각각 하나씩 구비되고 있다. 이에 따라, 상기 분사관(520) 중심의 빈 공간을 향해 연료가 분사될 수 있음과 동시에 베인에 의해 구획되는 양측의 분사통로로 각각 연료가 분사될 수 있고, 인접하는 베인에서 각각 서로 마주보도록 연료가 분사되므로 연료가 서로 충돌하여 혼합도가 더욱 향상될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 각 베인의 일면에만 하나의 연료 포트가 구비될 수 있음은 물론, 각 베인의 서로 마주보는 측면에 각각 복수 개의 연료 포트가 구비될 수도 있다. In order to inject the fuel of the fuel plenum 620 into the injection passage 522, each vane 540 is provided with a fuel communication passage 542 and a first fuel port 544. Specifically, the fuel communication flow path 542 is formed inside each vane and is in fluid communication with the fuel plenum 620. The first fuel port 544 is for injecting fuel from the fuel communication passage 542 to the outside of the vane 540, that is, the injection passage 522, and the vane from the fuel communication passage 542 inside the vane. It may be formed through the outer wall surface. As shown in FIG. 5, in the present exemplary embodiment, three first fuel ports 544 are provided in the respective vanes 540, and the radially inner ends of the vanes 540 face each other on the side facing each other. It is provided one by one. Accordingly, the fuel can be injected toward the empty space in the center of the injection pipe 520, and at the same time, the fuel can be injected into the injection passages on both sides divided by the vanes, and the fuels face each other in adjacent vanes. Since is injected, the fuel may collide with each other, and the mixing degree may be further improved. However, the present invention is not limited thereto, and one fuel port may be provided only on one surface of each vane, and a plurality of fuel ports may be provided on the side surfaces facing each other.

또한, 상기 연료 플리넘(620)으로 연료를 공급하기 위해 상기 유동 슬리브(300)의 축 방향을 따라 연장 형성되는 연료 공급 유로(640)를 더 포함할 수 있다. 상기 연료 공급 유로(640)는 외부의 연료 공급원(미도시)에 접속되어 상기 연료 플리넘(620)으로 연료를 공급하는 역할을 하며, 본 실시 예에서 상기 연료 공급 유로(640)는 상기 유동 슬리브(300) 내에 수용되고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 라이너와 유동 슬리브 사이에 형성될 수도 있다. In addition, to supply fuel to the fuel plenum 620 may further include a fuel supply flow path 640 is formed extending along the axial direction of the flow sleeve (300). The fuel supply passage 640 is connected to an external fuel supply (not shown) to serve to supply fuel to the fuel plenum 620. In this embodiment, the fuel supply passage 640 is the flow sleeve It is accommodated in 300, but is not limited thereto, and may be formed between the liner and the flow sleeve.

이와 같이, 상기 분사통로(522)의 일단은 상기 수용공간(302)과 연통되므로 압축공기가 상기 분사통로(522)로 유입되고, 상기 제1 연료 포트(544)를 통해 분사통로(522)로 연료가 분사됨에 따라, 연료와 공기가 혼합되면서 분사통로(522)를 통과하게 된다. 특히, 상기 베인(540)에 의해 스월유동이 발생되어 연료와 공기의 혼합이 효과적으로 이루어질 수 있으며, 상기 분사관 중심의 빈 공간에서의 중심 유동이 베인을 통과하는 주변 유동에 비해 강하고 속도가 빠르게 형성되므로, 2차 연료/공기 혼합물이 2차적 연소 구역(104)으로 분사된 후 1차적 연소 구역(102)에서 연소에 의해 생성된 연소 생성물, 즉 hot gas의 유동에 의해 역화(flashback)가 일어나는 것이 방지될 수 있다. As described above, since one end of the injection passage 522 communicates with the accommodation space 302, compressed air flows into the injection passage 522, and through the first fuel port 544 to the injection passage 522. As the fuel is injected, the fuel and air are mixed to pass through the injection passage 522. In particular, swirl flow is generated by the vane 540 to effectively mix fuel and air, and the central flow in the empty space at the center of the injection pipe is stronger and faster than the surrounding flow through the vane. Therefore, after the secondary fuel/air mixture is injected into the secondary combustion zone 104, flashback is caused by the flow of combustion products generated by combustion in the primary combustion zone 102, that is, hot gas. Can be prevented.

또한, 실시 예에 따라 상기 분사관(520)에는 상기 연료 플리넘(620)으로부터 분사관의 내부, 즉 분사통로(522)로 연료를 분사하기 위한 복수의 제2 연료 포트(524)가 더 형성될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 제2 연료 포트(524)는 상기 복수의 베인(540) 사이마다 적어도 하나씩 구비되도록 배치될 수 있으며, 이에 따라 복수의 베인에 의해 구획되는 분사통로마다 연료를 반경방향 내측으로 분사할 수 있다. 이로 인해, 상기 분사통로(522)로 충분한 연료가 공급될 수 있으며, 연료와 공기의 혼합도가 보다 향상될 수 있다. In addition, a plurality of second fuel ports 524 for injecting fuel from the fuel plenum 620 into the inside of the injection pipe, that is, the injection passage 522 is further formed in the injection pipe 520 according to an embodiment. Can be. As shown in FIG. 5, the plurality of second fuel ports 524 may be arranged to be provided at least one between the plurality of vanes 540, and thus fuel for each injection passage partitioned by the plurality of vanes. Can be injected radially inward. Due to this, sufficient fuel can be supplied to the injection passage 522, and the mixing degree of fuel and air can be further improved.

또한, 실시 예에 따라 상기 분사관(520)의 적어도 일부는 상기 유동 슬리브(300) 측에서 상기 라이너(100) 측으로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 분사관(520)은 상기 베인(540)의 하단부로부터 라이너(100) 측으로 연장되는 끝단까지 폭이 좁아지도록 형성될 수 있으며, 폭이 좁아지는 부분의 기울기(β)는 30 ~ 60°인 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 분사통로(522)를 통과하는 2차 연료/공기 혼합물의 중심 유동이 보다 강해지고 속도가 빨라질 수 있으므로, 2차 연료/공기 혼합물이 2차적 연소 구역(104)으로 분사된 후 1차적 연소 구역(102)으로부터의 연소 생성물의 유동에 의해 역화(flashback)가 일어나는 것이 방지될 수 있다. Further, according to an embodiment, at least a portion of the injection pipe 520 may be formed to be narrower in width from the flow sleeve 300 toward the liner 100. As shown in FIG. 4, the injection pipe 520 may be formed to be narrower from the lower end of the vane 540 to the end extending toward the liner 100, and the inclination (β of the narrowed portion) ) Is preferably 30 ~ 60 °. Accordingly, since the central flow of the secondary fuel/air mixture passing through the injection passage 522 may become stronger and faster, the secondary fuel/air mixture may be injected into the secondary combustion zone 104 and then 1 Flashback can be prevented from occurring by the flow of combustion products from the vehicle combustion zone 102.

다음으로, 첨부된 도 6 및 7을 참고하여 본 발명의 제2 실시 예에 따른 인젝터(2500)에 관하여 설명하도록 한다. Next, the injector 2500 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7.

제2 실시 예에 따른 인젝터(2500)는 상기에서 살펴본 제1 실시 예에 따른 인젝터(500)와 동일한 구성을 포함하며, 다만 상기 분사관(520)의 중심에 구비되어 상기 복수의 베인(540)을 통과한 연료와 공기의 혼합물을 상기 분사관의 중심부로 가이드하기 위한 센터바디(2700)를 더 포함한다. The injector 2500 according to the second embodiment includes the same configuration as the injector 500 according to the first embodiment described above, but is provided in the center of the injection pipe 520 to provide the plurality of vanes 540 It further includes a center body 2700 for guiding the mixture of fuel and air passing through the center of the injection pipe.

상기 센터바디(2700)는 실시 예에 따라 상기 분사관(520) 또는 베인(540)에 결합될 수 있으며, 상기 분사관 중심의 빈 공간에 배치되되 상기 복수의 베인(540)의 내측단부와 이격된 상태로 배치될 수도 있고 맞닿은 상태로 배치될 수도 있다. 본 실시 예에서 상기 센터바디(2700)는 상기 복수의 베인(540)의 내측단부와 맞닿도록 결합됨에 따라, 상기 센터바디의 일부(2700a)는 상기 분사관의 지름(D)의 1/3에 해당하는 지름을 갖는 원통형으로 형성된다. 또한, 상기 복수의 베인(540)을 통과한 연료와 공기의 혼합물이 가이드되는 상기 센터바디의 단부(2700b)는 콘(cone) 형상인 것이 바람직하다. 이때, 상기 센터바디 단부(2700b)의 기울기(γ)는 30 ~ 60°일 수 있으며, 특히 상기 분사관(520)에서 폭이 좁아지는 부분의 기울기(β)와 동일하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 분사관(520)의 단부는 상기 센터바디의 단부(2700b) 형상에 대응될 수 있다. The center body 2700 may be coupled to the injection pipe 520 or the vane 540 according to an embodiment, and is disposed in an empty space in the center of the injection pipe, but spaced apart from the inner end of the plurality of vanes 540 It may be arranged in a closed state or may be arranged in contact. In this embodiment, as the center body 2700 is coupled to abut against the inner ends of the plurality of vanes 540, a portion 2700a of the center body is at 1/3 of the diameter D of the injection pipe. It is formed in a cylindrical shape with a corresponding diameter. In addition, it is preferable that the end 2700b of the center body to which the mixture of fuel and air that has passed through the plurality of vanes 540 is guided has a cone shape. At this time, the inclination γ of the center body end 2700b may be 30 to 60°, and in particular, it may be formed in the same manner as the inclination β of the portion in which the width is narrowed in the injection pipe 520. That is, the end portion of the injection pipe 520 may correspond to the shape of the end portion 2700b of the center body.

이와 같이, 상기 베인(540)을 통과한 제2 연료/공기 혼합물이 상기 센터바디(2700)에 의해 상기 분사관(520)의 중심부로 가이드됨에 따라 중심 유동이 강해질 수 있으며, 상기 분사관(520)에 의해 제2 연료/공기 혼합물의 속도가 보다 더 효과적으로 빨라질 수 있다. As such, as the second fuel/air mixture passing through the vane 540 is guided to the center of the injection pipe 520 by the center body 2700, the central flow may be strong, and the injection pipe 520 ) Can speed up the second fuel/air mixture more effectively.

이때, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 분사관의 중심에는 센터바디(2700)가 배치되므로, 상기 각각의 베인(540)에는 2개의 제1 연료 포트(544)가 서로 마주보는 측면에 각각 하나씩 구비될 수 있다. 또한, 복수의 제2 연료 포트(524)에 의해 연료가 분사통로(522)로 반경방향 내측을 향해 분사될 수도 있음은 물론이다. At this time, as shown in Figure 7, the center body 2700 is disposed at the center of the injection pipe, so that each vane 540 has two first fuel ports 544, one on each side facing each other. Can be. In addition, it is needless to say that the fuel may be injected radially inside the injection passage 522 by the plurality of second fuel ports 524.

다음으로, 첨부된 도 8을 참고하여 본 발명의 제3 실시 예에 따른 인젝터(3500)에 관하여 설명하도록 한다. Next, an injector 3500 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying FIG. 8.

제3 실시 예에 따른 인젝터(3500)는 상기에서 살펴본 제1 실시 예에 따른 인젝터(500)와 동일한 구성을 포함하며, 다만 외부와 내부를 연통하는 적어도 하나의 연통홀(3820)이 구비되고, 내부에 일정한 체적(volume)을 형성하며 상기 분사관(520)의 상부를 덮도록 결합되는 댐퍼(3800)를 더 포함한다. The injector 3500 according to the third embodiment includes the same configuration as the injector 500 according to the first embodiment described above, but is provided with at least one communication hole 3820 communicating between the outside and the inside, It further includes a damper 3800 that is formed to form a constant volume inside and covers the upper portion of the injection pipe 520.

상기 댐퍼(3800)는 상기 분사관(520)과 동일한 크기로 형성되어, 상기 분사관(520)의 상부를 전체적으로 덮도록 결합될 수 있다. 즉, 상기 댐퍼(3800)는 상기 분사관의 지름(D)과 동일한 지름을 갖는 원통형으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 댐퍼(3800)는 일정한 높이를 가져 그 내부에 일정한 체적을 형성한다. 상기 댐퍼(3800)의 내부 체적과 외부, 즉 상기 수용공간(302)을 연통하는 적어도 하나의 연통홀(3820)은 상기 댐퍼(3800)의 측면과 상면 중 어디에도 형성될 수 있으나, 본 실시 예에서는 상기 댐퍼(3800)의 상면에 복수 개의 연통홀(3820)이 구비되고 있다. The damper 3800 may be formed to have the same size as the injection pipe 520, and may be combined to entirely cover the upper portion of the injection pipe 520. That is, the damper 3800 may be formed in a cylindrical shape having the same diameter as the diameter D of the injection pipe. In addition, the damper 3800 has a constant height to form a constant volume therein. The inner volume of the damper 3800 and the outside, that is, at least one communication hole 3820 communicating with the receiving space 302 may be formed on any of the side and top surfaces of the damper 3800, but in this embodiment A plurality of communication holes 3820 are provided on the upper surface of the damper 3800.

이에 따라, 상기 수용공간(302)의 압축공기가 상기 복수 개의 연통홀(3820)을 통해 상기 댐퍼(3800)의 내부 체적을 거쳐 상기 분사관의 분사통로(522)로 유입됨에 따라 연소진동이 감소될 수 있다. 이때, 상기 라이너(100)의 둘레 방향을 따라 설치되는 복수 개의 인젝터(3500) 각각에 설치되는 댐퍼(3800)의 내부 체적이 서로 상이하게 형성될 수도 있다. Accordingly, as the compressed air of the accommodation space 302 flows through the internal volume of the damper 3800 through the plurality of communication holes 3820, the combustion vibration decreases as it enters the injection passage 522 of the injection pipe. Can be. At this time, the internal volumes of the dampers 3800 installed in each of the plurality of injectors 3500 installed along the circumferential direction of the liner 100 may be formed differently from each other.

하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 댐퍼(3800)의 구성은 제2 실시 예에 따른 인젝터(2500)에도 부가될 수 있다. However, the present invention is not limited thereto, and the configuration of the damper 3800 may be added to the injector 2500 according to the second embodiment.

마지막으로, 첨부된 도 9를 참고하여 본 발명의 제4 실시 예에 따른 인젝터(4500)에 관하여 설명하도록 한다. Finally, the injector 4500 according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying FIG. 9.

제4 실시 예에 따른 인젝터(4500)는 상기에서 살펴본 제1 실시 예에 따른 인젝터(500)와 동일한 구성을 포함하며, 다만 외부와 내부를 연통하는 적어도 하나의 연통홀(4820)이 구비되고, 내부에 일정한 체적(volume)을 형성하며 상기 분사관(520)의 상부를 덮도록 결합되는 댐퍼(4800) 및 상기 연통홀(4820)에 슬라이드 가능하게 결합되며, 내부를 관통하는 관통유로(4842)를 갖는 실린더(4840)를 더 포함한다. The injector 4500 according to the fourth embodiment includes the same configuration as the injector 500 according to the first embodiment described above, but is provided with at least one communication hole 4820 communicating with the outside and the inside, It forms a constant volume (volume) therein and is slidably coupled to the damper (4800) and the communication hole (4820) coupled to cover the upper portion of the injection pipe (520), the through passage (4842) penetrating the inside It further includes a cylinder (4840).

상기 댐퍼(4800)는 상기 분사관(520)과 동일한 크기로 형성되어, 상기 분사관(520)의 상부를 전체적으로 덮도록 결합될 수 있다. 즉, 상기 댐퍼(4800)는 상기 분사관의 지름(D)과 동일한 지름을 갖는 원통형으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 댐퍼(4800)는 일정한 높이를 가져 그 내부에 일정한 체적을 형성한다. 상기 댐퍼(4800)의 내부 체적과 외부, 즉 상기 수용공간(302)을 연통하는 적어도 하나의 연통홀(4820)은 상기 댐퍼(4800)의 측면과 상면 중 어디에도 형성될 수 있으나, 본 실시 예에서는 상기 댐퍼(4800)의 상면에 복수 개의 연통홀(4820)이 구비되고 있다. The damper 4800 may be formed to have the same size as the injection pipe 520, and may be combined to cover the upper portion of the injection pipe 520 as a whole. That is, the damper 4800 may be formed in a cylindrical shape having the same diameter as the diameter D of the injection pipe. In addition, the damper 4800 has a constant height to form a constant volume therein. The inner volume and the outside of the damper 4800, that is, at least one communication hole 4820 communicating with the receiving space 302 may be formed on any of the side and top surfaces of the damper 4800, but in this embodiment A plurality of communication holes 4820 are provided on the upper surface of the damper 4800.

이때, 상기 각각의 연통홀(4820)에는 실린더(4840)가 슬라이드 가능하게 결합되며, 예를 들어 베어링 등으로 실린더의 축 방향을 따라 슬라이드 가능하게 결합될 수 있다. 본 실시 예에서는 각각의 연통홀마다 실린더가 결합되고 있으나, 복수 개의 연통홀 중 일부에만 실린더가 결합될 수도 있다. 이와 같이, 상기 실린더(4840)가 상기 연통홀(4820) 내부에서 슬라이드 됨에 따라 상기 댐퍼(4800)의 내부로 돌출되는 길이가 달라질 수 있으며, 결과적으로 상기 댐퍼(4800)의 내부 체적이 변화될 수 있다. At this time, the cylinder 4840 is slidably coupled to each of the communication holes 4820, and may be slidably coupled along the axial direction of the cylinder with, for example, a bearing. In this embodiment, a cylinder is coupled to each communication hole, but a cylinder may be coupled to only a part of the plurality of communication holes. As such, as the cylinder 4840 slides inside the communication hole 4820, the length protruding into the damper 4800 may vary, and as a result, the internal volume of the damper 4800 may change. have.

또한, 상기 댐퍼(4800)의 내부 체적과 외부의 연통을 위해 상기 각각의 실린더(4840)에는 중심을 관통하는 관통유로(4842)가 구비된다. 이에 따라, 상기 수용공간(302)의 압축공기가 상기 실린더(4840)의 관통유로(4842)를 통해 상기 댐퍼(4800)의 내부 체적을 거쳐 상기 분사관의 분사통로(522)로 유입됨에 따라 연소진동이 감소될 수 있다. In addition, for the internal volume of the damper 4800 to communicate with the outside, each cylinder 4840 is provided with a through passage 4482 passing through the center. Accordingly, the compressed air of the accommodation space 302 is burned as it enters the injection passage 522 of the injection pipe through the internal volume of the damper 4800 through the through passage 4484 of the cylinder 4840. Vibration can be reduced.

하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 댐퍼(4800) 및 실린더(4840)의 구성은 제2 실시 예에 따른 인젝터(2500)에도 부가될 수 있다. However, the present invention is not limited thereto, and configurations of the damper 4800 and the cylinder 4840 may also be added to the injector 2500 according to the second embodiment.

본 발명에 따르면, 연소기의 1차적 연소 구역에서 연료와 공기의 예혼합 연소가 이루어짐과 동시에, 1차적 연소 구역의 하류에 위치하는 연소기의 2차적 연소 구역으로 인젝터를 통해 연료와 공기 혼합물을 직접 주입함에 따라 가스터빈의 질소산화물(NOx) 배출 수준이 감소될 수 있다. According to the present invention, premixed combustion of fuel and air is achieved in the primary combustion zone of the combustor, and fuel and air mixtures are directly injected through the injector into the secondary combustion zone of the combustor located downstream of the primary combustion zone. As a result, the nitrogen oxide (NOx) emission level of the gas turbine may be reduced.

이때, 2차적 연소 구역 내로 연료 및 공기 혼합물을 분사하는 인젝터는 원주방향을 따라 배치되는 복수의 베인을 포함하여, 연료와 공기의 혼합 능력을 향상시킴과 동시에 인젝터의 중심에 강한 유동을 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 1차적 연소 구역으로부터의 연소 생성물의 유동에 의해 역화(flashback)가 일어나는 것을 방지할 수 있다. At this time, the injector for injecting the fuel and air mixture into the secondary combustion zone includes a plurality of vanes arranged along the circumferential direction to improve the mixing ability of the fuel and air and at the same time to generate a strong flow in the center of the injector. have. Accordingly, it is possible to prevent flashback from being caused by the flow of combustion products from the primary combustion zone.

또한, 실시 예에 따라 인젝터는 2차적 연소 구역으로 가까워질수록 폭이 좁아지도록 형성됨으로써, 2차적 연소 구역으로 분사되는 연료 및 공기 혼합물의 중심 유동이 강해지고 속도가 증가할 수 있어, 역화를 보다 효과적으로 방지할 수 있다. In addition, according to the embodiment, the injector is formed to be narrower as it gets closer to the secondary combustion zone, so that the central flow of the fuel and air mixture injected into the secondary combustion zone can be strengthened and the speed can be increased, so that backfire is more It can be effectively prevented.

본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.The present invention is not limited to the specific embodiments and descriptions described above, and various modifications can be carried out by anyone having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. And such modifications are within the protection scope of the present invention.

10: 케이싱 12: 압축기 케이싱
13: 연소기 케이싱 14: 터빈 케이싱
20: 압축기 22: 압축기 블레이드
22a: 압축기 블레이드 루트부 24: 압축기 베인
30: 연소기 40: 터빈
42: 터빈 블레이드 42a: 터빈 블레이드 루트부
44: 터빈 베인 50: 로터
52: 압축기 로터 디스크 53: 토크 튜브
54: 터빈 로터 디스크 55: 타이로드
56: 고정너트
100: 라이너 102: 1차적 연소 구역
104: 2차적 연소 구역 120: 연소 챔버
140: 환형 유로 200: 트랜지션 피스
300: 유동 슬리브 302: 수용공간
320: 유동홀 400: 노즐 어셈블리
420: 엔드 플레이트 500: 인젝터
520: 분사관 522: 분사통로
524: 제2 연료 포트 540: 베인
542: 연료 연통 유로 544: 제1 연료 포트
620: 연료 플리넘 640: 연료 공급 유로
2500: 인젝터 2700: 센터바디
3500: 인젝터 3800: 댐퍼
3820: 연통홀
4500: 인젝터 4800: 댐퍼
4820: 연통홀 4840: 실린더
4842: 관통유로
10: casing 12: compressor casing
13: Combustor casing 14: Turbine casing
20: compressor 22: compressor blade
22a: Compressor blade root part 24: Compressor vane
30: combustor 40: turbine
42: turbine blade 42a: turbine blade root
44: turbine vane 50: rotor
52: compressor rotor disc 53: torque tube
54: turbine rotor disc 55: tie rod
56: fixing nut
100: liner 102: primary combustion zone
104: secondary combustion zone 120: combustion chamber
140: annular flow path 200: transition piece
300: floating sleeve 302: receiving space
320: flow hole 400: nozzle assembly
420: end plate 500: injector
520: spray pipe 522: spray passage
524: Second fuel port 540: Bain
542: fuel communication flow path 544: first fuel port
620: fuel plenum 640: fuel supply flow path
2500: Injector 2700: Center body
3500: Injector 3800: Damper
3820: Communication Hall
4500: Injector 4800: Damper
4820: communication hole 4840: cylinder
4842: through passage

Claims (16)

연소 챔버를 한정하는 라이너;
상기 라이너의 후단에 결합되는 트랜지션 피스;
상기 라이너와 트랜지션 피스를 둘러싸도록 이격 형성되는 유동 슬리브; 및
상기 라이너 또는 트랜지션 피스의 둘레 방향을 따라 배치되며, 연료와 공기의 혼합물을 분사하는 적어도 하나 이상의 인젝터;를 포함하며,
상기 인젝터는,
상기 라이너와 유동 슬리브 또는 상기 트랜지션 피스와 유동 슬리브를 동시에 관통하도록 반경방향으로 연장 형성되는 분사관; 및
상기 분사관의 중심에 빈 공간이 형성되도록 상기 분사관의 내면에 원주방향을 따라 배치되는 복수의 베인;을 포함하며,
상기 분사관을 둘러싸도록 배치되는 연료 플리넘;을 더 포함하며,
상기 인젝터는,
상기 각각의 베인 내부에 구비되며, 상기 연료 플리넘과 유체 연통하는 복수의 연료 연통 유로; 및
상기 연료 연통 유로로부터 상기 베인의 외부로 연료를 분사하기 위해 상기 각각의 베인에 형성되는 복수의 제1 연료 포트;를 더 포함하고,
상기 각각의 베인에는 복수 개의 제1 연료 포트가 구비되되,
상기 복수 개의 제1 연료 포트는 상기 각각의 베인에서 베인의 서로 마주보는 측면과 베인의 반경방향 내측 단부에 각각 적어도 하나 이상 구비되는 것을 특징으로 하는, 연소기.
A liner defining a combustion chamber;
A transition piece coupled to the rear end of the liner;
A flow sleeve spaced apart to surround the liner and the transition piece; And
It includes at least one injector disposed along the circumferential direction of the liner or transition piece, and injecting a mixture of fuel and air;
The injector,
An injection tube extending radially to penetrate the liner and the flow sleeve or the transition piece and the flow sleeve simultaneously; And
It includes; a plurality of vanes disposed in the circumferential direction on the inner surface of the injection tube so that an empty space is formed in the center of the injection tube;
It further includes a fuel plenum disposed to surround the injection pipe;
The injector,
A plurality of fuel communication passages provided inside each vane and in fluid communication with the fuel plenum; And
It further includes a plurality of first fuel ports formed in each vane to inject fuel from the fuel communication passage to the outside of the vane.
Each vane is provided with a plurality of first fuel ports,
The plurality of first fuel ports are characterized in that each of the vanes are provided with at least one at each side of the vanes facing each other and radially inner ends of the vanes.
연소 챔버를 한정하는 라이너;
상기 라이너의 후단에 결합되는 트랜지션 피스;
상기 라이너와 트랜지션 피스를 둘러싸도록 이격 형성되는 유동 슬리브; 및
상기 라이너 또는 트랜지션 피스의 둘레 방향을 따라 배치되며, 연료와 공기의 혼합물을 분사하는 적어도 하나 이상의 인젝터;를 포함하며,
상기 인젝터는,
상기 라이너와 유동 슬리브 또는 상기 트랜지션 피스와 유동 슬리브를 동시에 관통하도록 반경방향으로 연장 형성되는 분사관;
상기 분사관의 중심에 빈 공간이 형성되도록 상기 분사관의 내면에 원주방향을 따라 배치되는 복수의 베인;
외부와 내부를 연통하는 적어도 하나의 연통홀이 구비되고, 내부에 일정한 체적(volume)을 형성하며 상기 분사관의 상부를 덮도록 결합되는 댐퍼; 및
상기 연통홀에 슬라이드 가능하게 결합되며, 내부를 관통하는 관통유로를 갖는 실린더;를 포함하는, 연소기.
A liner defining a combustion chamber;
A transition piece coupled to the rear end of the liner;
A flow sleeve spaced apart to surround the liner and the transition piece; And
It includes at least one injector disposed along the circumferential direction of the liner or transition piece, and injecting a mixture of fuel and air;
The injector,
An injection tube extending radially to penetrate the liner and the flow sleeve or the transition piece and the flow sleeve simultaneously;
A plurality of vanes arranged along the circumferential direction on the inner surface of the spray tube to form an empty space at the center of the spray tube;
A damper having at least one communication hole communicating with the outside and the inside, and forming a constant volume therein to be coupled to cover the upper portion of the injection pipe; And
A cylinder that is slidably coupled to the communication hole and has a through passage through the inside.
제1항에 있어서,
상기 연료 플리넘으로 연료를 공급하기 위해 상기 유동 슬리브의 축 방향을 따라 연장 형성되는 연료 공급 유로;를 더 포함하는, 연소기.
According to claim 1,
And a fuel supply flow path extending along an axial direction of the flow sleeve to supply fuel to the fuel plenum.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 인젝터는,
상기 연료 플리넘으로부터 상기 분사관의 내부로 연료를 분사하기 위해 상기 분사관에 형성되는 복수의 제2 연료 포트;를 더 포함하는, 연소기.
According to claim 1,
The injector,
And a plurality of second fuel ports formed in the injection pipe to inject fuel from the fuel plenum into the interior of the injection pipe.
제5항에 있어서,
상기 복수의 제2 연료 포트는 상기 복수의 베인 사이마다 적어도 하나 이상 구비되도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 연소기.
The method of claim 5,
The plurality of second fuel ports are arranged so that at least one is provided for each of the plurality of vanes, the combustor.
제1항에 있어서,
상기 분사관은 원통형의 관으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 연소기.
According to claim 1,
The injection tube is characterized in that it is formed of a cylindrical tube, a combustor.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 분사관의 적어도 일부는 상기 유동 슬리브 측에서 상기 라이너 또는 트랜지션 피스 측으로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 연소기.
According to claim 1,
At least a part of the injection pipe is characterized in that the combustor is formed so that the width becomes narrower toward the liner or transition piece side from the flow sleeve side.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 인젝터는,
외부와 내부를 연통하는 적어도 하나의 연통홀이 구비되고, 내부에 일정한 체적(volume)을 형성하며 상기 분사관의 상부를 덮도록 결합되는 댐퍼;를 더 포함하는, 연소기.
According to claim 1,
The injector,
At least one communication hole communicating with the outside and the inside is provided, the damper is formed to form a constant volume (volume) and coupled to cover the upper portion of the injection pipe; further comprising, a combustor.
제13항에 있어서,
상기 인젝터는,
상기 연통홀에 슬라이드 가능하게 결합되며, 내부를 관통하는 관통유로를 갖는 실린더;를 더 포함하는, 연소기.
The method of claim 13,
The injector,
A cylinder which is slidably coupled to the communication hole and has a through passage through the inside.
제1항에 있어서,
상기 인젝터는 상기 라이너 또는 트랜지션 피스의 둘레 방향을 따라 복수 개가 배치되며, 상기 각각의 인젝터가 상기 라이너 또는 트랜지션 피스의 접선과 이루는 각도들 중 적어도 일부는 서로 상이한 것을 특징으로 하는, 연소기.
According to claim 1,
A plurality of the injectors are arranged along the circumferential direction of the liner or transition piece, and at least some of the angles each injector makes with the tangent line of the liner or transition piece are different from each other.
공기를 흡입하여 고압으로 압축시키는 압축기;
상기 압축기에서 압축된 공기와 연료를 혼합하고 연소시켜 고온, 고압의 연소가스를 생성하는, 제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제7항, 제11항 및 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 연소기; 및
상기 연소기로부터 전달된 연소가스에 의해 회전력을 얻어 전력을 발생시키는 터빈;을 포함하는, 가스터빈.
A compressor that sucks air and compresses it at a high pressure;
Claims 1 to 3, 5 to 7, 11 and 13 to 15 to generate a high-temperature, high-pressure combustion gas by mixing and burning compressed air and fuel in the compressor. Combustor according to any one of the preceding; And
A turbine comprising: a turbine that generates power by obtaining rotational force by the combustion gas transmitted from the combustor.
KR1020190068873A 2019-06-11 2019-06-11 Combustor with axial fuel staging and gas turbine including the same KR102138016B1 (en)

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