KR102145776B1 - 연소기, 가스 터빈 - Google Patents

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신이치 후쿠바
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

연소기(3)는, 축선(Ac)을 따라서 연장되며, 하류측을 향하여 연료를 분사하는 제 1 노즐(51)과, 제 1 노즐(51)의 하류측 단부를 외주측으로부터 덮는 보염기(52C)와, 보염기(52C)의 외주측에 있어서, 축선(Ac)의 둘레방향으로 간격을 두고 배열된 복수의 제 2 노즐(52)을 구비한다. 보염기(52C)는, 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라서 확경되는 콘부(C2)와, 콘부(C2)의 하류측의 단연부로부터 직경방향 외측을 향하여 벌어지는 플랜지부(C3)를 갖고, 적어도 플랜지부(C3)를 축선(Ac) 방향으로 관통하는 관통부가 형성되어 있다.

Description

연소기, 가스 터빈
본 발명은 연소기, 가스 터빈에 관한 것이다.
본원은 2016년 03월 29일자로 일본에 출원된 일본 특허 출원 제 2016-065010 호에 대해서 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.
가스 터빈에 이용되는 연소기는, 확산 화염, 또는 예혼합 화염을 형성하기 위한 제 1 연료 노즐과, 이 화염에 의한 착화를 거쳐서 예혼합 화염을 형성하는 제 2 연료 노즐을 구비하고 있다. 제 1 연료 노즐의 하류측 단부는, 제 2 연료 노즐에 의해 형성된 예혼합 화염을 안정화시키기 위한 보염기에 의해 덮여 있는 것이 일반적이다(하기 특허문헌 1 참조). 특허문헌 1에 기재된 보염기는 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라서 확경되는 콘 형상을 이루고 있다.
일본 특허 공개 제 평11-344224 호 공보
그렇지만, 상기와 같은 보염기를 마련하는 것에 의해 예혼합 화염에 대한 보염을 실현할 수 있는 한편, 보염기 자체가 화염에 노출되는 것에 의해, 해당 보염기에 열 변형이 생기는 일이 있다. 보염기가 변형된 경우, 그 하류측에 형성되는 예혼합 화염의 형상이나 연소 가스의 성상에 영향이 미쳐 버려, 연소기의 안정적인 운전에 지장을 초래하는 경우가 있다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 보염기에 열 변형이 생긴 경우라도 안정적으로 운전하는 것이 가능한 연소기, 및 이것을 구비하는 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제 1 태양에 의하면, 연소기는, 축선을 따라서 연장되며, 하류측을 향하여 연료를 분사하는 제 1 노즐과, 상기 제 1 노즐의 하류측 단부를 외주측으로부터 덮는 보염기와, 상기 보염기의 외주측에서, 축선의 둘레방향으로 간격을 두고 배열된 복수의 제 2 노즐을 구비하며, 상기 보염기는, 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라서 확경되는 콘부와, 해당 콘부의 하류측의 단연부로부터 직경방향 외측을 향하여 벌어지는 플랜지부를 갖고, 적어도 상기 플랜지부에는, 해당 플랜지부를 축선 방향으로 관통하는 관통부가 형성되어 있다.
이러한 구성에 의하면, 적어도 플랜지부에 관통부가 형성되어 있기 때문에, 보염기가 화염의 열에 노출된 경우라도, 관통부가 해당 관통부의 주변 부분에 있어서의 열 응력을 흡수하는 것에 의해 열 변형을 억제할 수 있다. 즉, 플랜지부 이외의 부분에 상기 열 변형의 영향이 미칠 가능성을 저감할 수 있다.
본 발명의 제 2 태양에 의하면, 상기 제 1 태양에 따른 연소기에서는, 상기 관통부는, 상기 플랜지부의 직경방향 외측으로부터 내측을 향하여 연장되는 플랜지부 슬릿, 및 해당 플랜지부 슬릿에 연통하는 동시에 상기 콘부의 하류측의 단부를 포함하는 영역에 형성된 콘부 슬릿이어도 좋다.
이러한 구성에서는, 플랜지부에 플랜지부 슬릿이 형성되어 있는 것에 부가하여, 해당 플랜지부 슬릿에 연통하는 콘부 슬릿이 콘부에 형성되어 있다. 이에 의해, 보염기가 열에 노출된 경우에는, 플랜지부 슬릿에 의해 열 변형이 흡수되는 동시에, 콘부 슬릿에 의해서도 이 열 응력이 흡수된다. 이에 의해, 플랜지부와 콘부의 접속부(콘부의 직경방향 외측의 단연부)에 생기는 열 변형을 저감할 수 있다. 즉, 보염기의 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제 3 태양에 의하면, 상기 제 1 또는 제 2 태양에 따른 연소기에서는, 상기 관통부는 상기 플랜지부를 축선 방향으로 관통하는 구멍부라도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 플랜지부에 관통부로서의 구멍부가 형성되어 있기 때문에, 보염기가 화염의 열에 노출된 경우라도, 해당 구멍부에 의해 열 응력을 흡수할 수 있다. 즉, 콘부에 상기 열 응력의 영향이 미칠 가능성을 저감할 수 있다.
본 발명의 제 4 태양에 의하면, 상기 제 1 또는 제 2 태양에 따른 연소기에서는, 상기 관통부가 적어도 상기 플랜지부 상에서 축선의 둘레방향으로 간격을 두고 복수 형성되어 있어도 좋다.
이러한 구성에서는, 복수의 관통부가 축선의 둘레방향으로 간격을 두고 마련되어 있다. 이에 의해, 보염기가 열에 노출된 경우라도, 열 응력을 둘레방향으로 균일하게 흡수할 수 있다. 환언하면, 보염기가 둘레방향에 걸쳐서 불균일하게 변형될 가능성을 저감할 수 있다.
본 발명의 제 5 태양에 의하면, 상기 제 1 내지 제 4 태양 중 어느 하나의 태양에 따른 연소기에서는, 각 상기 제 2 노즐의 하류측에 마련되며, 축선 방향으로 연장되는 통 형상을 이루는 동시에, 축선의 둘레방향으로 간격을 두고 배열된 연장관을 복수 구비하고, 상기 플랜지부 상에 있어서의 상기 관통부가 마련되는 둘레방향 위치는 서로 인접하는 한쌍의 연장관끼리의 사이라도 좋다.
각 연장관 내에서는, 제 2 노즐의 하류측에 형성된 화염이 하류측을 향하여 연장되어 있다. 한편, 보염기의 상류측으로부터는 연소기의 외부로부터 인도된 공기가 하류측을 향하여 유통하고 있다. 만일, 보염기에 형성된 관통부의 둘레방향 위치가 각 연장관의 둘레방향 위치와 중복되어 있는 경우, 화염에 공급되는 혼합기의 조성이 변화하여, 연소성에 영향을 미칠 가능성이 있다. 그렇지만, 상기의 구성에서는, 관통부의 둘레방향 위치가 연장관끼리의 사이로 되어 있다. 환언하면, 관통부는 둘레방향에 있어서 각 연장관과는 상이한 위치에 형성되어 있다. 또한, 이들 연장관끼리의 사이의 공간에는 상류측으로부터 공기가 흐르고 있다. 이에 의해, 관통부를 통과한 공기가 화염에 충돌할 가능성을 저감할 수 있다.
본 발명의 제 6 태양에 의하면, 상기 제 1 내지 제 5 태양 중 어느 하나의 태양에 따른 연소기에서는, 상기 관통부를 하류측으로부터 덮는 조정판을 갖고, 해당 조정판에는 상기 관통부보다 작은 개방 구멍 면적을 갖는 동시에, 해당 관통부에 연통된 조정 관통부가 형성되어 있어도 좋다.
이러한 구성에서는, 조정 관통부가 형성된 조정판에 의해 관통부가 하류측으로부터 덮여 있다. 이에 의해, 관통부에 의해 열 응력을 제거할 수 있는 것에 부가하여, 조정판의 조정 관통부에 의해 관통부를 통과하는 공기의 양을 조정할 수 있다.
본 발명의 제 7 태양에 의하면, 가스 터빈은, 고압 공기를 생성하는 압축기와, 고압 공기와 연료를 혼합하여, 연소시키는 것에 의해 연소 가스를 생성하는 상기 제 1 내지 제 6 태양 중 어느 하나의 태양에 따른 연소기와, 연소 가스에 의해 구동되는 터빈을 구비한다.
이러한 구성에 의하면, 안정적으로 운전하는 것이 가능한 가스 터빈을 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 보염기에 열 변형이 생긴 경우라도 안정적으로 운전하는 것이 가능한 연소기, 및 이것을 구비하는 가스 터빈을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 가스 터빈의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 연소기의 구성을 도시하는 확대도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 연소기의 요부 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 보염기의 구성을 도시하는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 연소기를 축선 방향(하류측)에서 본 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 보염기의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시형태에 따른 보염기의 다른 변형예를 도시하는 도면이다.
본 발명의 실시형태에 대해서 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 가스 터빈(100)은, 고압 공기를 생성하는 압축기(1)와, 고압 공기에 연료를 혼합하여 연소시키는 것에 의해 연소 가스를 생성하는 연소기(3)와, 연소 가스에 의해 구동되는 터빈(2)을 구비하고 있다.
압축기(1)는, 주 축선(Am) 주위로 회전하는 압축기 로터(11)와, 압축기 로터(11)를 외주측으로부터 덮는 압축기 케이싱(12)을 갖고 있다. 압축기 로터(11)는 주 축선(Am)을 따라서 연장되는 기둥 형상을 이루고 있다. 압축기 로터(11)의 외주면 상에는, 주 축선(Am) 방향으로 간격을 두고 배열된 복수의 압축기 동익단(13)이 마련되어 있다. 각 압축기 동익단(13)은 압축기 로터(11)의 외주면 상에서 주 축선(Am)의 둘레방향으로 간격을 두고 배열된 복수의 압축기 동익(14)을 갖고 있다.
압축기 케이싱(12)은 주 축선(Am)을 중심으로 하는 통 형상을 이루고 있다. 압축기 케이싱(12)의 내주면에는, 주 축선(Am) 방향으로 간격을 두고 배열된 복수의 압축기 정익단(15)이 마련되어 있다. 이들 압축기 정익단(15)은, 상기의 압축기 동익단(13)에 대하여, 주 축선(Am) 방향에서 보아 교대로 배열되어 있다. 각 압축기 정익단(15)은, 압축기 케이싱(12)의 내주면 상에서, 주 축선(Am)의 둘레방향으로 간격을 두고 배열된 복수의 압축기 정익(16)을 갖고 있다.
연소기(3)는 상기의 압축기 케이싱(12)과, 후술하는 터빈 케이싱(22) 사이에 마련되어 있다. 압축기(1)에서 생성된 고압 공기는 연소기(3) 내부에서 연료와 혼합되어 예혼합 가스가 된다. 연소기(3) 내에서, 이 예혼합 가스가 연소되는 것에 의해 고온 고압의 연소 가스가 생성된다. 연소 가스는 터빈 케이싱(22) 내로 인도되어 터빈(2)을 구동한다.
터빈(2)은, 주 축선(Am) 주위로 회전하는 터빈 로터(21)와, 터빈 로터(21)를 외주측으로부터 덮는 터빈 케이싱(22)을 갖고 있다. 터빈 로터(21)는 주 축선(Am)을 따라서 연장되는 기둥 형상을 이루고 있다. 터빈 로터(21)의 외주면 상에는, 주 축선(Am) 방향으로 간격을 두고 배열된 복수의 터빈 동익단(23)이 마련되어 있다. 각 터빈 동익단(23)은, 터빈 로터(21)의 외주면 상에서, 주 축선(Am)의 둘레방향으로 간격을 두고 배열된 복수의 터빈 동익(24)을 갖고 있다. 이 터빈 로터(21)는, 상기의 압축기 로터(11)에 대하여 주 축선(Am) 방향으로 일체로 연결되는 것에 의해, 가스 터빈 로터(91)를 형성한다.
터빈 케이싱(22)은 주 축선(Am)을 중심으로 하는 통 형상을 이루고 있다. 터빈 케이싱(22)의 내주면에는, 주 축선(Am) 방향으로 간격을 두고 배열된 복수의 터빈 정익단(25)이 마련되어 있다. 이들 터빈 정익단(25)은, 상기의 터빈 동익단(23)에 대하여, 주 축선(Am) 방향에서 보아 교대로 배열되어 있다. 각 터빈 정익단(25)은, 터빈 케이싱(22)의 내주면 상에서, 주 축선(Am)의 둘레방향으로 간격을 두고 배열된 복수의 터빈 정익(26)을 갖고 있다. 터빈 케이싱(22)은, 상기의 압축기 케이싱(12)에 대하여 주 축선(Am) 방향으로 연결되는 것에 의해, 가스 터빈 케이싱(92)을 형성한다. 즉, 상기의 가스 터빈 로터(91)는, 이 가스 터빈 케이싱(92) 내에서, 주 축선(Am) 주위로 일체로 회전 가능하게 되어 있다.
이어서, 본 실시형태에 따른 연소기(3)의 상세한 구성에 대해서, 도 2와 도 3을 참조하여 설명한다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 연소기(3)는, 연소기 축선(Ac)(축선)을 중심으로 하는 통 형상의 연소기 본체(3M)와, 연소기 본체(3M)에 연료를 공급하는 연료 노즐(3N)을 갖고 있다. 연소기 본체(3M)는, 연료 노즐(3N)을 수용하는 제 1 통체(41)와, 연소기 축선(Ac)을 따라서 제 1 통체(41)에 접속되는 제 2 통체(42)를 갖고 있다. 또한, 이후의 설명에서는, 연소기 축선(Ac)이 연장되는 방향에 있어서, 제 2 통체(42)에서 보아 제 1 통체(41)가 위치하는 측을 상류측이라 하고, 제 1 통체(41)에서 보아 제 2 통체(42)가 위치하는 측을 하류측이라 한다. 즉, 연소기(3) 내에서 생성된 연소 가스는 상류측으로부터 하류측을 향하여 유통한다.
제 1 통체(41)의 외경 치수는 제 2 통체(42)의 내경 치수보다 작게 설정되어 있다. 이에 의해, 제 1 통체(41)의 하류측의 단부는 제 2 통체(42)의 상류측의 단부 내에 관통 삽입된 상태로 되어 있다. 제 1 통체(41)는 연소기 축선(Ac)을 중심으로 하는 원통 형상을 이루고 있다. 제 2 통체(42)는 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라서 점차 축경되어 있다. 연료 노즐(3N)은 주로 제 2 통체(42) 내를 향하여 상류측으로부터 연료를 공급한다.
도 3에 확대하여 도시하는 바와 같이, 제 1 통체(41)의 내주측에 있어서, 하류측의 단부에 근접하는 영역에는, 연소기 축선(Ac)을 중심으로 하는 원반 형상의 기판(43)이 마련되어 있다. 기판(43)의 직경 치수는 제 1 통체(41)의 내경 치수와 동일하거나, 약간 작게 설정되어 있다. 기판(43)에는, 연료 노즐(3N)을 제 1 통체(41) 내에서 지지하기 위한 노즐 지지 개방 구멍(44)(제 1 지지 개방 구멍(44A), 제 2 지지 개방 구멍(44B))이 형성되어 있다.
연료 노즐(3N)은 제 1 노즐(51)과, 제 2 노즐(52)을 갖고 있다. 제 1 노즐(51)은 연소기 축선(Ac)을 따라서 제 1 통체(41) 내에 1개 마련되어 있다. 제 1 노즐(51)은 연소기 축선(Ac)을 중심으로 하는 관 형상을 이루고 있으며, 그 내부에는 연료를 인도하기 위한 유로(도시 생략)가 형성되어 있다. 또한, 제 1 노즐(51)의 하류측 단부에는, 상기 유로를 통하여 인도된 연료를 제 1 통체(41) 내를 향하여 분사하기 위한 분사 구멍(도시 생략)이 형성되어 있다.
제 2 노즐(52)은 연소기 축선(Ac)의 둘레방향으로 간격을 두고 복수 마련되어 있다. 각 제 2 노즐(52)은, 연소기 축선(Ac)에 평행하게 연장되는 제 2 노즐 본체(52M)와, 제 2 노즐 본체(52M)의 외면에 마련된 선회 날개(60)와, 이들 제 2 노즐 본체(52M) 및 선회 날개(60)를 외주측으로부터 덮는 노즐통(70)을 갖고 있다.
제 2 노즐 본체(52M)는 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라서 점차 선단이 가늘게 되도록 형성되어 있다. 즉, 제 2 노즐 본체(52M)의 선단부는 첨두 형상(尖頭狀)을 이루고 있다. 제 2 노즐 본체(52M)의 내부에는, 연료가 유통하는 유로(도시 생략)가 형성되어 있다. 이 유로는 선회 날개(60)의 날개면 상에 형성된 복수의 분사 구멍을 통하여 외부에 연통되어 있다.
또한, 상기의 각 노즐통(70)의 하류측에는, 해당 노즐통(70)과 동축으로 연장되는 통 형상의 연장관(80)이 각각 마련되어 있다. 이들 연장관(80)은 연소기 축선(Ac)의 둘레방향으로 간격을 두고 복수(8개) 배치되어 있다. 상세하게는 도시하지 않지만, 각 연장관(80)의 단면 형상은, 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라서, 원형에서 직사각형이 되도록 점차 변형되어 있다. 즉, 연장관(80)의 상류측의 단부는 원형의 단면을 갖고 있는 한편, 하류측의 단부는 직사각형의 단면을 갖고 있다. 또한, 각 연장관(80)의 직경방향 내측의 면은, 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라서, 직경방향 내측으로부터 외측을 향하여 만곡되어 있다. 이에 의해, 연장관(80)과 후술하는 보염기(52C)가 간섭하지 않도록 되어 있다.
제 1 노즐(51)의 하류측 단부에는, 해당 단부를 외주측으로부터 덮는 보염기(52C)가 마련되어 있다. 보염기(52C)는 제 1 노즐(51)로부터 분사된 연료에 의해 형성되는 화염(확산 화염)을 보염하는 목적으로 마련된다. 보다 상세하게는, 본 실시형태에 따른 보염기(52C)는, 제 1 노즐(51)의 하류측의 단부를 외주측으로부터 덮는 통 형상부(C1)와, 통 형상부(C1)의 하류측에 마련된 콘부(C2), 및 플랜지부(C3)를 갖고 있다.
통 형상부(C1)는 연소기 축선(Ac)을 중심으로 하는 원통 형상을 이루고 있다. 콘부(C2) 및 플랜지부(C3)는 이 통 형상부(C1)의 하류측의 단부에 일체로 접속되어 있다. 콘부(C2)는 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라서 점차 확경되는 것에 의해 원추 형상을 이루고 있다. 플랜지부(C3)는, 이 콘부(C2)의 하류측의 단연부(즉, 최외주부)로부터, 연소기 축선(Ac)의 직경방향 외측을 향하여 벌어져 있다. 연소기 축선(Ac) 방향에 있어서의 플랜지부(C3)의 위치는 연장관(80)의 하류측의 단부의 위치와 동일하게 되어 있다. 또한, 통 형상부(C1)는 상술한 기판(43)에 형성된 제 1 지지 개방 구멍(44A) 내에 관통 삽입되는 것에 의해 외주측으로부터 지지되어 있다.
또한, 도 5에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 보염기(52C)에는, 복수의 슬릿(S)(관통부)이 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 이들의 슬릿(S)은, 상술한 플랜지부(C3) 및 콘부(C2)의 일부에 걸쳐서, 연소기 축선(Ac)의 둘레방향으로 등간격을 두고 형성되어 있다. 각 슬릿(S)은, 플랜지부(C3)의 직경방향 내측으로부터 외측을 향하여 연장되는 플랜지부 슬릿(Sf)과, 이 플랜지부 슬릿(Sf)에 연통되는 동시에, 콘부(C2)의 하류측의 단부를 포함하는 부분에 형성된 콘부 슬릿(Sc)에 의해 구성되어 있다. 플랜지부 슬릿(Sf) 및 콘부 슬릿(Sc)은 플랜지부(C3), 콘부(C2)에 각각 직경방향으로 연장되는 절결부를 형성하는 것에 의해 얻어진다. 이들 슬릿(S)에 의해 플랜지부(C3)는 둘레방향으로 등분할되어 있다. 또한, 슬릿(S)의 둘레방향에 있어서의 단부면끼리의 사이에는, 둘레방향으로 벌어지는 간극이 형성되어 있다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 보염기(52C)에 형성된 슬릿(S)의 둘레방향 위치는 서로 인접하는 한쌍의 연장관(80)끼리의 사이로 되어 있다. 환언하면, 슬릿(S)의 둘레방향 위치는 연장관(80) 자체의 둘레방향 위치와 상이하며, 이들 슬릿(S)과 연장관(80)은 둘레방향에 있어서 중첩되지 않도록 배치되어 있다. 또한, 슬릿(S)의 둘레방향에 있어서의 치수는 연장관(80)끼리의 사이의 둘레방향 치수보다 충분히 작게 설정되어 있다.
이어서, 본 실시형태에 따른 가스 터빈(100) 및 연소기(3)의 동작에 대해서 설명한다. 가스 터빈(100)을 운전할 때에는, 우선 외부의 구동원에 의해 압축기 로터(11)(가스 터빈 로터(91))를 회전 구동한다. 압축기 로터(11)의 회전에 따라서 외부의 공기가 순차 압축되어, 고압 공기가 생성된다. 이 고압 공기는 압축기 케이싱(12) 내부의 공간을 통하여 연소기(3) 내에 공급된다. 연소기(3) 내에서는, 연료 노즐(3N)로부터 공급된 연료가 이 고압 공기에 혼합되어 연소되어서, 고온 고압의 연소 가스가 생성된다. 연소 가스는 터빈 케이싱(22) 내부의 공간을 통하여 터빈(2) 내에 공급된다. 터빈(2) 내에서는, 터빈 동익단(23) 및 터빈 정익단(25)에 연소 가스가 순차 충돌하는 것에 의해, 터빈 로터(21)(가스 터빈 로터(91))에 대하여 회전 구동력이 부여된다. 이 회전 에너지는 축단부에 연결된 발전기 등의 구동에 이용된다.
다음에, 연소기(3)의 상세한 동작에 대해서, 도 3을 다시 참조하여 설명한다. 동 도면에 도시하는 바와 같이, 압축기(1)에서 생성된 고압 공기는 연소기 축선(Ac)의 한쪽편(상류측)으로부터 제 1 통체(41) 내에 공급된다. 제 1 통체(41) 내에 도입된 고압 공기는 상기의 노즐통(70)의 내주측의 공간을 거쳐서 하류측의 제 2 통체(42) 내에 도달한다. 여기서, 노즐통(70) 내에서는, 상기의 선회 날개(60)에 형성된 분사 구멍으로부터 분사된 연료가 고압 공기에 혼합된다. 이에 의해, 노즐통(70) 내에서는, 연료와 고압 공기를 포함하는 예혼합 가스가 생성된다. 이 때, 예혼합 가스의 흐름에는, 선회 날개(60)에 의해 부여된 선회류 성분이 포함되어 있다.
한편, 제 1 노즐(51)로부터 분사된 연료는, 착화기(도시 생략)에 의해 착화되는 것에 의해, 해당 제 1 노즐(51)로부터 하류측을 향하여 연장되는 확산 화염(또는 예혼합 화염)을 형성한다. 이 화염이 상기 노즐통(70) 내에 존재하는 예혼합 가스에 전파되는 것에 의해, 복수의 제 2 노즐(52)의 하류측에는 예혼합 화염이 형성된다. 이 예혼합 화염은, 상기의 선회류 성분에 수반하여, 제 2 통체(42) 내에서 상류측으로부터 하류측을 향하여 연장되는 동시에, 고온 고압의 연소 가스를 생성한다. 연소 가스는 제 2 통체(42) 내를 상류측으로부터 하류측을 향하여 흐른 후, 상기의 터빈 케이싱(22) 내에 도입되어 터빈(2)을 구동한다.
상기의 제 2 노즐(52)에 의해 형성되는 예혼합 화염은 해당 제 2 노즐(52)에 근접하여 배치된 보염기(52C)에 의해 보염된다. 구체적으로는, 예혼합 화염의 형상이나, 연소 가스의 유속 분포는 이 보염기(52C)에 의해 둘레방향 전역에 걸쳐서 균일하게 유지되는 것이 바람직하다. 여기서, 보염기(52C)에는 화염에 의한 열이 전파된다. 이 열에 의해, 보염기(52C)에 열 응력이 가해지는 경우가 있다. 이 열 응력에 의해, 보염기(52C)에 과도한 열 변형이 생긴 경우, 상기와 같은 화염의 형상이나 연소 가스의 유속 분포에 교란이 생길 우려가 있다. 이와 같은 교란은 연소기(3)의 안정적인 운전에 영향을 미쳐버린다.
그래서, 본 실시형태에서는 상술한 바와 같이 보염기(52C)에 복수의 슬릿(S)이 형성되어 있다. 특히, 보염기(52C)의 플랜지부(C3)에 플랜지부 슬릿(Sf)이 형성되어 있기 때문에, 보염기(52C)가 화염의 열에 노출된 경우라도, 해당 플랜지부 슬릿(Sf)의 주변 부분에 있어서의 열 응력을 제거할 수 있다. 즉, 플랜지부(C3)와 일체로 형성된 콘부(C2)에 열 변형이 생길 가능성을 저감할 수 있다. 또한 환언하면, 슬릿(S)이 형성되어 있지 않은 구성에 비하여, 열 변형이 생기는 영역을 플랜지부(C3)의 주변에만 한정하고, 또한 그 면적을 작게 억제할 수 있다.
또한, 상기의 구성에서는, 플랜지부 슬릿(Sf)에 연통하는 콘부 슬릿(Sc)이 콘부(C2)에 형성되어 있다. 이에 의해, 보염기(52C)가 열에 노출된 경우에는, 콘부 슬릿(Sc)에 의해서도 열 응력이 흡수된다. 그 결과, 플랜지부(C3)와 콘부(C2)의 접속부(콘부(C2)의 직경방향 외측의 단연부)에 있어서의 열 변형을 억제할 수 있다. 이에 의해, 보염기(52C)의 내구성을 향상시킬 수 있다. 반대로, 플랜지부 슬릿(Sf)만이 형성되어 있는 경우, 해당 접속부에 응력이 집중되어 버리기 때문에, 피로 파괴 등이 생길 우려가 있다.
부가하여, 상기의 구성에서는, 보염기(52C)에는 복수의 슬릿(S)이 연소기 축선(Ac)의 둘레방향으로 간격을 두고 마련되어 있다. 이에 의해, 보염기(52C)가 열에 노출된 경우라도, 해당 보염기(52C)에 가해지는 열 응력을 둘레방향으로 균일화시킬 수 있다. 이에 의해, 보염기(52C)가 둘레방향에 걸쳐서 불균일하게 변형될 가능성을 저감할 수 있다. 따라서, 보염기(52C)에 생긴 열 변형에 의해, 화염의 형상에 영향이 미칠 가능성을 저감할 수 있다.
또한 상기의 연소기(3)에서는, 플랜지부(C3) 상에 있어서의 슬릿(S)의 둘레방향 위치는 연장관(80)끼리의 사이로 되어 있다. 여기서, 각 연장관(80) 내에서는, 제 2 노즐(52)의 하류측에 형성된 화염이 하류측을 향하여 연장되어 있다. 한편, 보염기(52C)의 상류측으로부터는 연소기(3)의 외부로부터 인도된 공기가 하류측을 향하여 유통하고 있다. 만일, 보염기(52C)에 형성된 슬릿(S)의 둘레방향 위치가 각 연장관(80)의 둘레방향 위치와 중첩되어 있는 경우, 각 연장관(80)의 하류측에 형성되는 화염에 슬릿(S)을 통과한 공기가 공급되기 때문에, 화염에 공급되는 혼합기의 조성이 변화하여, 연소성에 영향을 미칠 가능성이 있다.
그렇지만, 상기의 구성에서는, 플랜지부(C3) 상에 있어서의 슬릿(S)의 둘레방향 위치가 연장관(80)끼리의 사이로 되어 있다. 환언하면, 슬릿(S)은 둘레방향에 있어서 각 연장관(80)과는 상이한 위치에 형성되어 있다. 또한, 이들 연장관(80)끼리의 사이의 공간에는 상류측으로부터 공기가 흐르고 있다. 이에 의해, 슬릿(S)을 통과한 공기가 연소성에 영향을 미칠 가능성을 저감할 수 있다. 따라서, 연소기(3)를 더욱 안정적으로 운전하는 것이 가능해진다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명했다. 또한, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 한에 있어서, 상기의 구성에 여러 가지의 변경을 가하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는 관통부로서, 슬릿(S)을 보염기(52C)에 형성한 예에 대하여 설명했다. 그렇지만, 관통부의 태양은 슬릿(S)에 한정되지 않는다.
다른 예(변형예)로서, 도 6에 도시하는 바와 같이, 플랜지부(C3) 상에 해당 플랜지부(C3)를 연소기 축선(Ac) 방향으로 관통하는 복수의 구멍부(H)를 형성하는 구성도 고려된다. 구체적으로는, 이들 구멍부(H)는 연소기 축선(Ac) 방향에서 보아 직사각형의 개방 구멍 형상을 갖고 있다. 또한, 이들 구멍부(H)는 플랜지부(C3) 상에서 둘레방향으로 등간격을 두고 배열되어 있다. 이러한 구성에 의해서도, 상기 실시형태와 마찬가지로, 구멍부(H)의 주변에 있어서의 열 응력을 제거할 수 있기 때문에, 보염기(52C) 전체에 변형이 생길 가능성을 저감할 수 있다.
또한, 상술한 슬릿(S)과 구멍부(H)를 동일한 보염기(52C) 상에 형성하는 것도 가능하다. 예를 들면, 슬릿(S)과 구멍부(H)를 보염기(52C)의 둘레방향으로 교대로 배열하는 것도 가능하다.
또 다른 예로서, 도 7에 도시하는 바와 같이, 보염기(52C)에, 상술한 슬릿(S)(또는 구멍부(H))을 하류측으로부터 덮는 판 형상의 조정판(53)을 마련하는 것도 가능하다. 이 조정판(53)에는, 슬릿(S)의 개방 구멍 면적보다 작은 개방 구멍 면적을 갖는 조정 관통부(53H)가 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 조정 관통부(53H)는 조정판(53)의 외주측의 단연부로부터 직경방향 내측을 향하여 함몰되는 절결 형상을 이루고 있다. 또한, 조정 관통부(53H)와 슬릿(S)은 서로 연통되어 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 슬릿(S)에 의해 열 응력을 제거할 수 있는 것에 부가하여, 조정판(53)의 조정 관통부(53H)에 의해 슬릿(S)을 통과하는 공기의 양을 조정할 수 있다. 이에 의해, 슬릿(S)을 통과한 공기가 연소성에 영향을 미칠 가능성을 더욱 저감할 수 있다.
본 발명에 의하면, 보염기에 열 변형이 생긴 경우라도 안정적으로 운전하는 것이 가능한 연소기, 및 이것을 구비하는 가스 터빈을 제공할 수 있다.
1 : 압축기 2 : 터빈
3 : 연소기 3M : 연소기 본체
3N : 연료 노즐 11 : 압축기 로터
12 : 압축기 케이싱 13 : 압축기 동익단
14 : 압축기 동익 15 : 압축기 정익단
16 : 압축기 정익 21 : 터빈 로터
22 : 터빈 케이싱 23 : 터빈 동익단
24 : 터빈 동익 25 : 터빈 정익단
26 : 터빈 정익 41 : 제 1 통체
42 : 제 2 통체 43 : 기판
44 : 노즐 지지 개방 구멍 44A : 제 1 지지 개방 구멍
44B : 제 2 지지 개방 구멍 51 : 제 1 노즐
52 : 제 2 노즐 52C : 보염기
52M : 제 2 노즐 본체 60 : 선회 날개
70 : 노즐통 80 : 연장관
91 : 가스 터빈 로터 92 : 가스 터빈 케이싱
100 : 가스 터빈 Ac : 연소기 축선
Am : 주 축선 C1 : 통 형상부
C2 : 콘부 C3 : 플랜지부
H : 구멍부 S : 슬릿
Sc : 콘부 슬릿 Sf : 플랜지부 슬릿

Claims (7)

  1. 축선을 따라서 연장되며, 하류측을 향하여 연료를 분사하는 제 1 노즐과,
    상기 제 1 노즐의 하류측 단부를 외주측으로부터 덮는 보염기와,
    상기 보염기의 외주측에서, 축선의 둘레방향으로 간격을 두고 배열된 복수의 제 2 노즐을 구비하며,
    상기 보염기는, 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라서 확경되는 콘부와, 상기 콘부의 하류측의 단연부로부터 직경방향 외측을 향하여 벌어지는 플랜지부를 갖고,
    적어도 상기 플랜지부에는, 상기 플랜지부를 축선 방향으로 관통하는 관통부가 형성되어 있으며,
    상기 관통부를 하류측으로부터 덮는 조정판을 갖고, 상기 조정판에는 상기 관통부보다 작은 개방 구멍 면적을 갖는 동시에, 상기 관통부에 연통된 조정 관통부가 형성되어 있는
    연소기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    각 상기 제 2 노즐의 하류측에 마련되며, 축선 방향으로 연장되는 통 형상을 이루는 동시에, 축선의 둘레방향으로 간격을 두고 배열된 연장관을 복수 구비하고,
    상기 플랜지부 상에 있어서의 상기 관통부가 마련되는 둘레방향 위치는 서로 인접하는 한쌍의 연장관끼리의 사이인
    연소기.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 관통부는, 상기 플랜지부의 직경방향 외측으로부터 내측을 향하여 연장되는 플랜지부 슬릿, 및 상기 플랜지부 슬릿에 연통하는 동시에 상기 콘부의 하류측의 단부를 포함하는 영역에 형성된 콘부 슬릿인
    연소기.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 관통부는 상기 플랜지부를 축선 방향으로 관통하는 구멍부인
    연소기.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 관통부가 적어도 상기 플랜지부 상에서 축선의 둘레방향으로 간격을 두고 복수 형성되어 있는
    연소기.
  6. 삭제
  7. 고압 공기를 생성하는 압축기와,
    고압 공기와 연료를 혼합하여, 연소시키는 것에 의해 연소 가스를 생성하는 청구항 1에 기재된 연소기와,
    연소 가스에 의해 구동되는 터빈을 구비하는
    가스 터빈.
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