KR102164621B1

KR102164621B1 - 연료 노즐 어셈블리 및 이를 포함하는 가스 터빈용 연소기

Info

Publication number: KR102164621B1
Application number: KR1020190058827A
Authority: KR
Inventors: 노우진; 천무환
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2019-05-20
Filing date: 2019-05-20
Publication date: 2020-10-12

Abstract

연료 노즐 어셈블리 및 이를 포함하는 가스 터빈용 연소기가 개시된다.
본 발명의 일 실시 예들은 케이싱(50)의 내측을 따라 엔드 플레이트(100)를 향해 이동된 압축 공기를 연료 노즐(200)의 내측을 향해 일정한 유량으로 가이드하기 위한 가이드 부재(300)를 이용하여 사이드 연료 노즐로 안정적인 유량 공급을 도모하고자 한다.

Description

연료 노즐 어셈블리 및 이를 포함하는 가스 터빈용 연소기{Fuel nozzle assembly and combustor for gas turbine including the same}

본 발명은 연료 노즐로 공급되는 압축 공기의 안정적인 유동을 위한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 노즐 어셈블리 및 이를 포함하는 가스 터빈용 연소기에 관한 것이다.

일반적으로 연소가 이루어지면서 배기물로부터 나오는 질소 산화물(NOx) 및 일산화탄소(CO)의 허용 배출양은 환경문제를 고려하여 꾸준히 감소되어 왔다.

연소시 높은 효율을 유지하면서 매우 낮은 배기 방출량을 얻는 방법은 희박 예비혼합 개념에 기초한 연소 시스템을 사용하는 것이다. 이런 형태의 시스템에서, 연료와 압축 공기는 연소 전에 완전히 혼합(pre-mixed)된다.

혼합은 여러 방법으로 달성될 수 있고, 그 결과 생기는 연료/압축 공기 혼합물의 농도는 충분히 희박하게 되어, 실제 연소가 이루어질 때 화염 온도는 질소 산화물(NOx) 발생을 최소화 시킬 만큼 충분히 낮아지게 된다.

하지만, 이러한 연소 시스템들은 반응 희박 한계 바로 근처에서 작동하기 때문에, 이론 연료/압축 공기 혼합비에서 작동하는 확산 화염(diffusion flame)을 이용하는 종래의 가스 터빈에서는 통상 일어나지 않는 연소 안정성과 관련된 중대한 문제가 있을 수 있다.

이러한 불안전성은 전체적인 연소 시스템의 설계와 관련된 다양한 물리적 기구를 통해 흔히 증폭되는 연소기 내의 변동 압력장에 의해 발생될 수 있다. 만약 동압이 허용치를 초과한다면, 가스 터빈의 작동 및/또는 연소 시스템의 기계적 수명은 심각하게 영향을 받는다.

전형적인 희박 예비 혼합 연소 시스템에는 예비혼합 영역(premixing zone), 화염 홀더와 반응 영역, 제1단 가스 터빈 노즐들, 그리고 연료 및 압축 공기 공급 시스템이 구비되어 있다. 희박 예비혼합 연소 방식에서는, 연료와 압축 공기는 예비혼합 영역에 대해 상이한 동적특성을 가진 공급원들로부터 별도로 공급된다. 반응 영역으로 들어갈 때, 예비혼합 연료/압축 공기 혼합물은 화염 홀더의 분리 영역 내에 유지되는 고온 가스에 의해 점화된다. 연소 후, 생성된 고온 가스는 제1단 터빈 노즐을 통과하여 유동하고, 이 노즐들은 제1단 터빈 블레이드를 통과하는 유동을 가속시킨다.

이때, 공급되는 압축 공기/연료의 압력비가 높으면, 연료와 압축 공기가 섞이면서 소용돌이(Swirl)가 발생하게 되어 연소가 불안정해지며, 이로 인해 국부적으로 열방출량(Heat release)이 다르게 나타남에 따라 연료와 압축 공기의 혼합비의 변동(Fluctuation) 및 소음 등이 발생하게 된다.

또한, 가스 유동 온도는 반응 영역으로 들어가는 연료/압축 공기 혼합비에 의존한다. 혼합비가 반응을 유지시키는 혼합비 이상인 경우에는, 혼합비 변화에 따른 연소 온도의 변화는 거의 선형적이다. 그러나 혼합비가 희박 한계에 가까워지고 상기 희박 한계를 통과함에 따라, 혼합비의 변화에 따른 가스 온도의 변화는 최종적으로 화염이 소멸할 때까지 훨씬 더 커진다.

이와 함께 복수 개의 터빈 블레이드를 회전시키는 작동 유체로 작용하는 연소 가스는 복수 개의 노즐이 집합된 노즐 어셈블리를 통해 분사되는 연료를 압축 공기와 예혼합하여 연소시키거나 압축 공기 중으로 연료를 직접 분사시켜 연소시키는 방식을 통해 만들어진다. 이 경우 노즐 쪽으로 압축 공기를 충분하고 적절하게 공급하는 것은 가스 터빈의 연소에서 매우 중요하다.

예 혼합 연소를 위해 노즐로 공급되는 압축 공기는 노즐 어셈블리의 후단에 위치한 노즐 엔드 플레이트 방향으로 공급된 후에 진행 방향이 반대방향으로 전환되어 연소가 발생되는 노즐 단부로 공급된다.

상기 노즐로 공급되는 압축압축 공기는 라이너와 트랜지션 피스 등으로 구성되는 연소 덕트의 하류로부터 공급되어 연소 덕트의 표면을 냉각시킨 후에 상류 측의 연소기로 유입되고, 상기 압축 공기는 다시 연소 덕트의 하류를 향하는 노즐 단부로 이동이 이루어지는 이동 특성이 나타난다.

이처럼 연료를 연소시키기 위한 압축 공기의 흐름은 노즐 엔드 플레이트에서 급격히 전환되면서 강한 스월(swirl)이 발생하게 된다. 강한 스월에는 실제로 진행해야 하는 흐름 방향과는 어긋나거나 반대 방향을 향하는 속도성분이 다량으로 존재하기 때문에, 이는 결국 압력 손실을 야기하여 압축 공기의 유동 효율을 떨어뜨리게 되고 복수개의 노즐간 공기 유동에 따른 유입이 불균일 해지는 문제점이 유발되었다.

따라서, 가스 터빈의 노즐 엔드 플레이트 영역에서의 강한 스월의 발생을 억제함으로써 압축 공기의 유동 효율을 개선하고, 이를 통해 연소 효율은 물론 가스 터빈 전체의 효율을 향상시킬 수 있는 방안이 필요하게 되었다.

대한민국공개특허 제10-2014-0056024호(2014년. 05. 09. 공개)

본 발명의 실시 예들은 연료 노즐 어셈블리로 공급되는 유량의 균일화를 통해 연소기의 안정적인 작동을 도모하기 위한 연료 노즐 어셈블리 및 이를 포함하는 가스 터빈용 연소기를 제공하고자 한다.

본 발명에 의한 제1 실시 예에 의한 연료 노즐 어셈블리는 환형 형태로 이루어진 케이싱(50)의 일측 단부에 결합된 엔드 플레이트(100); 상기 엔드 플레이트(100)에 일단이 지지되고 타단이 축 방향으로 연장되며 상기 케이싱(50)의 내측 축 방향에 형성된 유입 통로(60)를 통해 이동된 압축 공기가 공급되는 연료 노즐(200); 상기 엔드 플레이트(100)와 상기 연료 노즐(200) 사이에 설치되고, 상기 케이싱(50)의 내측을 따라 상기 엔드 플레이트(100)를 향해 이동된 압축 공기를 상기 연료 노즐(200)의 내측을 향해 일정한 유량으로 가이드 하기 위한 가이드 부재(300)를 포함하고, 상기 연료 노즐(200)은 상기 엔드 플레이트(100)의 중앙에 위치된 센터 연료 노즐(210)과, 상기 센터 연료 노즐(210)를 기준으로 반경 방향 외측으로 이격되어 위치되고, 상기 엔드 플레이트(100)의 가장자리를 따라 복수개가 배치된 사이드 연료 노즐(220)을 포함하며, 상기 사이드 연료 노즐(220)은 관 형태로 형성되어 소정의 길이로 연장된 노즐 바디(202)와, 상기 노즐 바디(202)의 반경 방향 외측으로 이격되고, 상기 노즐 바디(202)를 외측에서 감싸는 관 형태의 슈라우드(204)와, 상기 슈라우드(204)의 단부에서 외측을 향해 연장되고, 압축 공기가 유입되는 압축 공기 유입구(206a)가 형성된 림(206)을 포함하고, 상기 가이드 부재(300)는 상기 엔드 플레이트(100)에 일단이 연결되고, 타단이 상기 케이싱(50)의 내측벽을 향해 라운드 지게 연장된 제1 가이드 부재(310)와, 상기 슈라우드(204)와 상기 압축 공기 유입구(206a) 사이에 일단이 위치되고, 타단이 상기 림(206)의 상측을 경유하여 상기 슈라우드(204)의 반경 방향 외측을 향해 라운드 지게 연장된 제2 가이드 부재(320)를 포함하며, 상기 제1 가이드 부재(310)에는 압축 공기의 이동을 가이드 하기 위한 제1 가이드 돌기(312)가 형성되고, 상기 제2 가이드 부재(320)에는 압축 공기의 이동을 가이드 하기 위한 제2 가이드 돌기(324)가 형성된다.
상기 제2 가이드 부재(320)에는 상기 슈라우드(204)의 일단에 연결되고, 타단이 상기 제2 가이드 부재(320)에 연결된 제3 가이드 부재(325)를 더 포함한다.
상기 제2 가이드 부재(320)는 상기 림(206)의 원주 방향에서 소정의 길이로 연장된 반원 단면 형태로 형성되고, 상기 제1 가이드 부재(310)는 상기 제2 가이드 부재(320)의 외측 반경 방향에서 서로 마주보며 쿼터 서클(quarter circle) 단면으로 형성된다.
상기 제1 가이드 부재(310)와 상기 제2 가이드 부재(320) 사이에 형성된 제1 통로(72); 상기 림(206)의 반경 방향 외측과 상기 제2 가이드 부재(320) 사이에 형성된 제2 통로(74)를 더 포함하고, 상기 엔드 플레이트(100)를 향해 이동된 압축 공기는 상기 제1 통로(72)와 상기 제2 통로(74)로 각각 분기되어 노즐 바디(202)로 공급이 이루어진다.
상기 제1 통로(72)는 일정한 단면적이 유지된다.
상기 제2 가이드 부재(320)는 상기 림(206)의 위치에서 반경 방향 외측으로 편심된 위치에 배치된다.
상기 제1,2 가이드 돌기(312, 324)는 상기 제1,2 가이드 부재(310, 320)의 원주 방향에서 등간격으로 서로 간에 이격된다.
상기 제1,2 가이드 돌기(312, 324)는 상기 제1,2 가이드 부재(310, 320)의 원주 방향에서 일방향으로 경사져서 서로 간에 이격된다.
상기 제2 가이드 부재(320)에는 상기 엔드 플레이트를 향해 소정의 속도로 이동되는 압축 공기의 직진성을 위해 상기 노즐 바디(202)의 축 방향으로 연장된 연장부(326)를 더 포함한다.
상기 연장부(326)는 연장된 단부가 상기 노즐 바디(202)를 향해 경사지게 연장된다.
상기 연장부(326)는 상기 제1,2 가이드 부재(310, 320)를 향해 이동하는 압축 공기의 이동 방향을 가이드 하기 위해 상기 연장부(326)의 외부로 돌출된 가이드 플레이트(326a)를 더 포함한다.
상기 연장부(326)는 노즐 바디(202)의 축 방향으로 연장된 단부의 두께가 감소된 경사부(326b)가 형성된다.
상기 센터 연료 노즐(210)과 상기 사이드 연료 노즐(220)로 압축 공기의 이동을 가이드 하기 위해 상기 엔드 플레이트(100)에 일단이 연결되고 타단이 상기 센터 연료 노즐(210)을 향해 연장되며, 다수개의 개구 홀(332)이 형성된 제4 가이드 부재(330)를 더 포함한다.

본 발명에 의한 제2 실시 예에 의한 가스 터빈용 연소기는 압축 공기를 흡입하여 고압으로 압축하기 위한 압축기(20); 압축기(20)에 의해 압축된 압축 공기를 연료와 혼합하여 연소시키기 위한 복수의 연소기(10); 상기 연소기(10)에서 배출되는 고온, 고압의 연소가스를 이용하여 터빈 블레이드를 회전시키며 전력을 생산하는 터빈(30)을 포함하되, 상기 연소기(10)에는 환형 형태로 이루어진 케이싱(50)의 일측 단부에 결합된 엔드 플레이트(100); 상기 엔드 플레이트(100)에 일단이 지지되고 타단이 축 방향으로 연장되며 상기 케이싱(50)의 내측 축 방향에 형성된 유입 통로(60)를 통해 이동된 압축 공기가 공급되도록 구비된 센터 연료 노즐(210)과, 사이드 연료 노즐(220)을 포함하는 연료 노즐(200); 상기 케이싱(50)의 내측을 따라 상기 엔드 플레이트(100)를 향해 이동된 압축 공기의 이동을 가이드 하기 위해 상기 센터 연료 노즐(210)과, 상기 사이드 연료 노즐(220)에 각각 구비된 가이드 부재(300)를 포함하고, 상기 사이드 연료 노즐(220)은 관 형태로 형성되어 소정의 길이로 연장된 노즐 바디(202)와, 상기 노즐 바디(202)의 반경 방향 외측으로 이격되고, 상기 노즐 바디(202)를 외측에서 감싸는 관 형태의 슈라우드(204); 상기 슈라우드(204)의 단부에서 외측을 향해 연장되고, 압축 공기가 유입되는 압축 공기 유입구(206a)가 형성된 림(206)을 포함하며,상기 가이드 부재(300)는 상기 엔드 플레이트(100)에 일단이 연결되고, 타단이 상기 케이싱(50)의 내측벽을 향해 라운드 지게 연장된 제1 가이드 부재(310)와, 상기 슈라우드(204)와 상기 압축 공기 유입구(206a) 사이에 일단이 위치되고, 타단이 상기 림(206)의 상측을 경유하여 상기 슈라우드(204)의 반경 방향 외측을 향해 라운드 지게 연장된 제2 가이드 부재(320)와, 상기 엔드 플레이트(100)에 일단이 연결되고 타단이 상기 센터 연료 노즐(210)의 림(206)에 연결되며, 다수개의 개구 홀(332)이 형성된 제4 가이드 부재(330)를 포함한다.
상기 제2 가이드 부재(320)는 상기 슈라우드(204)의 일단에 연결되고, 타단이 상기 제2 가이드 부재(320)에 연결된 제3 가이드 부재(325)를 더 포함한다.
상기 개구 홀(332)은 상기 제4 가이드 부재(330)의 외측에서 내측을 향해 직경이 감소된 노즐 형태로 개구된다.
상기 개구 홀(332)은 상기 제4 가이드 부재(330)의 축 방향에 대하여 경사지게 배치된다.

삭제

본 발명의 실시 예들은 가스터빈의 연소기에 구비된 연료 노즐로 공급되는 압축 공기의 이동을 안정적으로 이루어지도록 가이드 함으로써 유량 불균일에 의한 연소 불안정을 최소화 할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 사이드 연료 노즐의 센터 위치에서의 유동 불균일을 해소하고, 센터 연료 노즐과 사이드 연료 노즐로 공급되는 유동을 일정하게 유지되는 연소기를 제공할 수 있다.

도 1은 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈을 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 연료 노즐 어셈블리를 도시한 종 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 연료 노즐 어셈블리의 평면도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 제1 가이드 부재를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 의한 제2 가이드 부재를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 의한 제1,2 가이드 부재의 다른 실시 예를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 의한 제2 가이드 부재의 다른 실시 예를 도시한 도면.
도 8는 본 발명의 일 실시 예에 의한 연료 노즐 어셈블리에 제4 가이드 부재가 구비된 상태를 도시한 종 단면도.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 의한 가스 터빈용 연소기를 도시한 도면.
도 10 내지 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 의한 제4 가이드 부재의 다양한 실시 예를 도시한 도면.

본 발명의 일 실시 예에 의한 연료 노즐 어셈블리 및 이를 이용한 가스터빈용 연소기에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 4를 참조하여 설명하도록 한다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으며, 아래의 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구 범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하다.

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.

참고로 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈을 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 연료 노즐 어셈블리를 도시한 종 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 연료 노즐 어셈블리의 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 제1 가이드 부재를 도시한 도면이다.

첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈(1)은 크게 압축 공기를 흡입하여 고압으로 압축하기 위한 압축기(20)와, 상기 압축기(20)에 의해 압축된 압축 공기를 연료와 혼합하여 연소시키기 위한 연소기(10) 및 상기 연소기(10)에서 배출되는 고온, 고압의 연소가스를 이용하여 터빈 블레이드를 회전시키며 전력을 생산하는 터빈(30)을 포함하여 구성된다.

구체적으로, 상기 가스터빈(1)은 외형을 이루는 하우징(2)이 구비되고, 압축 공기의 흐름 방향을 기준으로 설명하면, 상기 하우징(2)의 상류 측에는 압축기(20)가 위치하고, 하류 측에는 터빈(30)이 배치된다. 그리고 상기 압축기(20)와 상기 터빈(30)의 사이에는 터빈(30)에서 발생된 회전토크를 상기 압축기(20)로 전달하기 위한 토크 전달 부재로서의 회전력 전달부(40)가 구비된다.

또한, 상기 하우징(2)은 후측에 상기 터빈(30)을 통과한 연소가스가 배출되는 디퓨저(50)가 구비되어 있으며, 상기 디퓨저(50)의 전방으로는 압축된 압축 공기를 공급받아 연소시키는 연소기(10)가 구비된다.

상기 압축기(20)에는 복수(예를 들어 14매)의 압축기 로터 디스크(22)가 구비되고, 상기 각각의 압축기 로터 디스크(22)들은 타이로드(60)에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결되어 있다.

상기 타이로드(60)는 상기 복수 개의 압축기 로터 디스크(22)들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 일측 단부는 최상류측에 위치한 상기 압축기 로터 디스크(22) 내에 체결되고, 타측 단부는 상기 회전력 전달부(40) 내에서 고정된다.

상기 타이로드(60)의 형태는 가스터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도 1에 제시된 형태로 한정될 것은 아니다. 즉, 도시된 바와 같이 하나의 타이로드가 로터 디스크의 중앙부를 관통하는 형태를 가질 수도 있고, 복수 개의 타이로드가 원주상으로 배치되는 형태를 가질 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다.

구체적으로, 상기 각각의 압축기 로터 디스크(22)는 대략 중앙을 상기 타이로드(60)가 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬되어 있다. 여기서, 이웃한 각각의 압축기 로터 디스크(22)는 대향하는 면이 상기 타이로드(60)에 의해 압착되어, 상대 회전이 불가능하도록 배치된다.

상기 압축기 로터 디스크(22)의 외주면에는 복수 개의 압축기 블레이드(24)가 방사상으로 결합되어 있다. 상기 각각의 압축기 블레이드(24)는 루트부(26)를 구비하여 상기 압축기 로터 디스크(22)에 체결된다.

상기 루트부(26)의 체결방식은 탄젠셜 타입(tangential type)과 액셜 타입(axial type)이 있다. 이는 상용되는 가스터빈의 필요 구조에 따라 선택될 수 있으며, 통상적으로 알려진 도브테일 또는 전나무 형태(Fir-tree)를 가질 수 있다.

경우에 따라서는, 상기 형태 외의 다른 체결장치, 예를 들어 키이 또는 볼트 등의 고정구를 이용하여 상기 블레이드를 로터 디스크에 체결할 수 있다.

또한, 상기 각각의 압축기 로터 디스크(22)의 사이에는 상기 하우징(2)에 고정되어 배치되는 베인(미도시)이 위치한다. 상기 베인은 상기 압축기 로터 디스크(22)와는 달리 회전하지 않도록 고정되며, 상기 압축기 로터 디스크(22)의 압축기 블레이드(24)를 통과한 압축 압축 공기의 흐름을 정렬하여 하류측에 위치하는 로터 디스크의 압축기 블레이드로 압축 공기를 안내하는 역할을 하게 된다.

이와 같이, 상기 압축기(20)를 통해 외기가 내부로 흡입되어 다수개의 상기 압축기 블레이드(24)와 베인을 통과하며 다단으로 압축이 이루어진 후에, 상기 연소기(10)를 경유하여 터빈(30)으로 공급될 수 있다.

도시되지는 않았으나, 가스 터빈의 압축기(20)에는 유체의 압력을 높이고 난 후 연소기(10) 입구로 들어가는 유체의 유동각을 설계 유동각으로 맞추기 위하여 디퓨저(diffuser)의 다음 위치에 안내깃 역할을 하는 베인이 설치될 수 있으며, 이를 디스윌러(desworler)라고 한다.

다음으로, 상기 연소기(10)에 관하여 살펴보면, 상기 연소기(10)에서는 상기 압축기(20)로부터 유입된 압축압축 공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소가스를 만들어 내며, 등압연소과정으로 연소기 및 터빈부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소가스온도를 높이게 된다.

가스터빈의 연소장치 시스템을 구성하는 상기 연소기(10)는 캔(can) 타입으로 이루어져 다수개의 연소기(10)가 상기 가스터빈(1)의 둘레방향을 따라 설치된다. 상기 연소기(10)는 연료분사노즐을 포함하는 버너(Burner)와, 연소실을 형성하는 연소기 라이너(Combuster Liner)와, 상기 연소기(10)와 터빈(30)의 연결부가 되는 트랜지션 피스(Transition Piece)를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 상기 라이너는 연료분사노즐에 의해 분사되는 연료가 상기 압축기(20)의 압축압축 공기와 혼합되어 연소되는 연소공간을 제공한다. 이러한 라이너는, 압축 공기와 혼합된 연료가 연소되는 연소공간을 제공하는 화염통과, 화염통을 감싸면서 환형공간을 형성하는 플로우 슬리브를 포함한다.

또한, 상기 라이너의 전단에는 연료분사노즐이 결합되며, 측벽에는 점화플러그가 결합된다.

한편, 상기 라이너의 후단에는 점화플러그에 의해 연소되는 연소가스를 터빈(30) 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션피스가 연결된다. 이러한 트랜지션피스는, 연소가스의 높은 온도에 의한 파손이 방지되도록 외벽부가 상기 압축기(20)로부터 공급되는 압축압축 공기에 의해 냉각된다.

한편, 상기 다수의 연소기(10)에서 나온 고온, 고압의 연소가스는 상기 터빈(30)으로 공급되며, 공급된 연소가스는 팽창하면서 터빈의 회전날개에 충동, 반동력을 주어 회전 토크를 야기하게 된다. 이렇게 얻어진 회전 토크는 상기의 회전력 전달부(40)를 거쳐 상기 압축기(20)로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 동력은 발전기 등을 구동하는데 이용되어 전력을 생산하게 된다.

상기 터빈(30)은 기본적으로는 상기 압축기(20)의 구조와 유사하다. 즉, 상기 터빈(30)에도 상기 압축기의 압축기 로터 디스크(22)와 유사한 복수의 터빈 로터 디스크(32)가 구비된다. 또한, 상기 터빈 로터 디스크(32)의 외주면에 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 블레이드(34)를 포함한다. 이때, 상기 터빈 블레이드(34)는 도브테일 등의 방식으로 상기 터빈 로터 디스크(32)에 결합될 수 있다.

아울러, 상기 터빈 로터 디스크(32)의 터빈 블레이드(34)의 사이에도 복수의 베인(미도시)이 구비되어, 상기 터빈 블레이드(34)를 통과한 연소 가스의 흐름 방향을 가이드할 수 있다.

상기와 같은 구조를 갖는 가스터빈에 있어서, 유입된 압축 공기는 상기 압축기(20)에서 압축되고, 상기 연소기(10)에서 연소된 후, 상기 터빈(30)으로 보내져 터빈을 구동하고, 상기 디퓨저(50)를 통해 대기중으로 배출된다.

여기서, 상기의 가스터빈은 본 발명의 일 실시 예에 불과하며, 아래에서 자세히 설명할 본 발명의 연소장치는 일반적인 가스터빈에 모두 적용될 수 있다.

전술한 바와 같이 구성된 가스터빈에는 연소기(10)에 후술할 연료 노즐(200)이 설치되고, 상기 연료 노즐(200)로 공급되는 압축 공기가 위치에 따른 유량 불균일이 최소화 되도록 가이드 부재(300)가 설치된다.

특히 본 실시 예는 가이드 부재(300)를 통해 사이드 연료 노즐(220)의 센터 위치로 공급되는 압축 공기의 유량이 감소되지 않도록 일정량의 유량을 안정적으로 공급시켜 위치에 상관 없이 일정한 유량을 안정적으로 공급하고자 한다.

또한 압축 공기가 유입 통로(60)를 경유한 후에 엔드 플레이트(100) 위치에서 사이드 연료 노즐(220)의 배치에 따른 이동 유량의 불균일이 최소화되도록 압축 공기의 이동을 가이드 하는 가이드 부재(300)를 통해 압축 공기의 이동과 유동을 안정적으로 가이드 함으로써 상기 사이드 연료 노즐(220)로 공급되는 압축 공기의 유량과 안정성을 향상시켜 항시 일정한 유량이 공급되도록 할 수 있다.

또한 가이드 부재(300)는 사이드 연료 노즐(220)에서 연료와의 혼합 안정성을 향상시켜 연소기(10)의 효율과 작동 안정성을 동시에 도모할 수 있다.

이를 위해 본 실시 예에 의한 연료 노즐 어셈블리는 환형 형태로 이루어진 케이싱(50)의 일측 단부에 결합된 엔드 플레이트(100)와, 상기 엔드 플레이트(100)에 일단이 지지되고 타단이 축 방향으로 연장되며 상기 케이싱(50)의 내측 축 방향에 형성된 유입 통로(60)를 통해 이동된 압축 공기가 공급되는 연료 노즐(200)과, 상기 엔드 플레이트(100)와 상기 연료 노즐(200) 사이에 설치되고, 상기 케이싱(50)의 내측을 따라 상기 엔드 플레이트(100)를 향해 이동된 압축 공기를 상기 연료 노즐(200)의 내측을 향해 일정한 유량으로 가이드 하기 위한 가이드 부재(300)를 포함한다.
그리고 상기 연료 노즐(200)은 상기 엔드 플레이트(100)의 중앙에 위치된 센터 연료 노즐(210)과, 상기 센터 연료 노즐(210)를 기준으로 반경 방향 외측으로 이격되어 위치되고, 상기 엔드 플레이트(100)의 가장자리를 따라 복수개가 배치된 사이드 연료 노즐(220)을 포함하며, 상기 사이드 연료 노즐(220)은 관 형태로 형성되어 소정의 길이로 연장된 노즐 바디(202)와, 상기 노즐 바디(202)의 반경 방향 외측으로 이격되고, 상기 노즐 바디(202)를 외측에서 감싸는 관 형태의 슈라우드(204)와, 상기 슈라우드(204)의 단부에서 외측을 향해 연장되고, 압축 공기가 유입되는 압축 공기 유입구(206a)가 형성된 림(206)을 포함한다.
상기 가이드 부재(300)는 상기 엔드 플레이트(100)에 일단이 연결되고, 타단이 상기 케이싱(50)의 내측벽을 향해 라운드 지게 연장된 제1 가이드 부재(310)와, 상기 슈라우드(204)와 상기 압축 공기 유입구(206a) 사이에 일단이 위치되고, 타단이 상기 림(206)의 상측을 경유하여 상기 슈라우드(204)의 반경 방향 외측을 향해 라운드 지게 연장된 제2 가이드 부재(320)를 포함한다.
그리고 상기 제1 가이드 부재(310)에는 압축 공기의 이동을 가이드 하기 위한 제1 가이드 돌기(312)가 형성되고, 상기 제2 가이드 부재(320)에는 압축 공기의 이동을 가이드 하기 위한 제2 가이드 돌기(324)가 형성된다.

엔드 플레이트(100)는 원판 형태로 형성되고, 연료 노즐(200)의 일측 단부가 안정적으로 지지되기 위해 구비된다.

상기 사이드 연료 노즐(220)은 엔드 플레이트(100)에서 동일 간격으로 서로 간에 이격되어 위치되며 후술할 가이드 부재(300)를 통해 위치에 상관 없이 균일한 압축 공기가 공급될 수 있다.

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노즐 바디(202)는 원통 형태의 실린더로 이루어지고, 상기 슈라우드(204)는 노즐 바디(202)의 외측으로 압축 공기가 이동되도록 소정의 간격으로 이격되어 위치된다.

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상기 제1 가이드 부재(310)는 상기 제2 가이드 부재(320)의 외측 반경 방향에서 서로 마주보며 쿼터 서클(quarter circle) 단면으로 형성된다.

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압축 공기는 유입 통로(60)를 통해 이동된 후에 화살표로 도시된 바와 같이 가이드 부재(300)에 의해 이동 방향이 각각 분기되어 일부는 제1 가이드 부재(310)의 표면를 따라 이동되고, 나머지 일부는 제2 가이드 부재(320)의 표면을 따라 이동되어 압축 공기 유입구(206a)을 통해 슈라우드(204)의 내측으로 공급된다.

제1 가이드 부재(310)는 엔드 플레이트(100)의 원주 방향에서 소정의 길이로 연장되되, 상기 제2 가이드 부재(320)와 서로 마주보며 연장된다.

상기 제2 가이드 부재(320)는 사이드 연료 노즐(220)이 배치된 상태를 기준으로 상기 센터 연료 노즐(210)을 바라보는 방향의 반대 쪽에 해당되는 외측 방향(반경 방향 외측)을 바라보며 설치된다.

상기 위치에 제2 가이드 부재(320)가 설치되는 이유는 사이드 연료 노즐(220)의 반경 방향 외측을 경유하여 압축 공기 유입구(206a)로 공급되는 압축 공기가 센터 위치로 공급되도록 가이드 함으로써 위치에 상관 없이 유동을 균일하게 유지시키기 위해서이다.

이를 통해 사이드 연료 노즐(220)은 특정 위치에서 발생되는 불안정한 압축 공기의 유동의 최소화 할 수 있다.

상기 제1 가이드 부재(310)는 사이드 연료 노즐(220)을 위에서 바라볼 때 케이싱(50)의 내측에서 반경 방향 외측에 설치되며 연장된 길이는 특별히 특정 길이로 한정하지 않는다.

제1 가이드 부재(310)는 센터 연료 노즐(210)을 제외한 사이드 연료 노즐(220)의 외측에 위치되며, 이를 통해 사이드 연료 노즐(220)의 센터 방향으로 공급되는 압축 공기의 유동 불균일을 안정화 시킬 수 있어 상기 센터 연료 노즐(210)로 공급된 압축 공기의 유량이 일정하게 유지된다.

제1 가이드 부재(310)는 쿼터 서클(quarter circle)의 단면으로 형성되므로, 후술할 제1 통로(72)로 압축 공기가 유입되어 화살표 방향을 따라 이동된 후에 엔드 플레이트(100)를 경유하여 압축 공기 유입구(206a)로 유입되는 경로가 급격히 변경되지 않고 압축 공기의 이동 흐름이 안정적으로 유지된다. 또한 사이드 연료 노즐(220)의 센터 위치로 압축 공기가 안정적으로 공급될 수 있다.

보다 상세하게 설명하면 압축 공기가 엔드 플레이트(100)를 향해 이동될 경우 연료 노즐(200)의 내부로 위치에 상관 없이 일정하게 공급되는 것이 유리하다. 본 실시 예는 엔드 플레이트(100)의 상대면(연료 노즐과 마주보는 면)에 압축 공기가 충돌할 경우 방향성이 제어되지 않고 불특정 위치로 이동되지 않도록 제1 가이드 부재(310)가 설치되어 있어 상기 엔드 플레이트(100)를 경유하여 사이드 연료 노즐(220)의 내부로 상기 압축 공기의 이동이 안정적으로 유도된다.

이 경우 압축 공기는 제1 가이드 부재(310)의 자체 형상을 따라 엔드 플레이트(100)에서 방향이 화살표로 도시된 바와 같이 사이드 연료 노즐(220)로 전환이 용이하게 이루어지게 된다.

특히 압축 공기의 이동에 따른 저항은 최소화 하면서도 낙하되는 위치와 유량을 사이드 연료 노즐(220)의 센터 위치로 유도할 수 있어 유동 안정성이 향상된다.

이와 같이 이동된 압축 공기는 노즐 바디(202)와 슈라우드(204) 사이의 공간을 따라 베인(vane)을 경유하여 이동된다.

제2 가이드 부재(320)는 림(206)의 원주 방향에서 소정의 길이로 연장된 반원 단면 형태로 형성되고, 상기 제1 가이드 부재(210)와 서로 마주보며 배치된다.

제2 가이드 부재(320)는 엔드 플레이트(100)를 향해 이동된 압축 공기를 사이드 연료 노즐(220)의 내측과 센터 위치로 유도하여 센터 연료 노즐(210)로 공급되는 유량의 부족 현상을 최소화 하고 위치에 따른 유량의 편차 발생을 최소화 할 수 있다.

상기 제2 가이드 부재(320)는 상기 림(206)의 위치에서 반경 방향 외측으로 편심된 위치에 배치되며, 압축 공기가 상기 유입 통로(60)를 경유하여 엔드 플레이트(100)로 이동될 경우 사이드 연료 노즐(220)의 내부로 공급되는 압축 공기의 유량이 특정 위치에 편심되지 않고 골고루 분산되도록 유도하여 사이드 연료 노즐(220)로 공급되는 유량이 전체적으로 일정 해진다.

따라서 본 실시 예에 의한 사이드 연료 노즐(220)은 가이드 부재(300)에 의해 압축 공기의 이동 방향이 유도되고, 유량이 전체적으로 균일 해진다.

상기 제1 가이드 부재(310)와 상기 제2 가이드 부재(320) 사이에는 제1 통로(72)가 형성되고, 상기 림(206)의 반경 방향 외측과 상기 제2 가이드 부재(320) 사이에는 제2 통로(74)가 형성된다.

압축 공기는 상기 엔드 플레이트(100)를 향해 이동된 후에 상기 제1 통로(72)와 상기 제2 통로(74)로 각각 분기되어 노즐 바디(202)로 공급된다.

제1,2 통로(72, 74)는 압축 공기의 유동 방향을 가이드 하고, 형성된 면적에 따라 유량을 조절할 수 있어 특정 위치로 보다 많은 유량의 이동이 필요할 경우 도면에 도시된 바와 다른 형태로 형성되는 것도 가능할 수 있다.

상기 제1 통로(72)는 일정한 단면적이 유지되므로 압축 공기의 이동 속도가 안정화 되고, 일정량의 유량이 안정적으로 사이드 연료 노즐(220)의 내부로 공급된다.

제2 가이드 부재(320)에는 상기 슈라우드(204)의 일단에 연결되고, 타단이 상기 제2 가이드 부재(320)에 연결된 제3 가이드 부재(325)를 더 포함한다. 상기 제3 가이드 부재(325)는 제2 가이드 부재(320)에 대한 고정과 사이드 연료 노즐(220)의 내부로 이동된 압축 공기의 유량을 균일하게 할 수 있다.

첨부된 도 4 내지 도 5를 참조하면, 본 실시 예에 의한 제1 가이드 부재(310)에는 압축 공기의 이동을 가이드 하기 위한 제1 가이드 돌기(312)가 형성되고, 상기 제2 가이드 부재(320)에는 압축 공기의 이동을 가이드 하기 위한 제2 가이드 돌기(324)가 형성된다.

제1,2 가이드 돌기(312, 324)는 압축 공기가 제1,2 가이드 부재(310, 320)의 표면에서 박리되지 않고 안정적으로 이동되기 위한 목적과, 유동 방향을 가이드 하여 원하는 위치로 압축 공기의 안정적인 이동을 도모하기 위해 형성된다.

상기 제1,2 가이드 돌기(312, 324)는 상기 제1,2 가이드 부재(310, 320)의 원주 방향에서 등간격으로 서로 간에 이격될 수 있으며 도면에 도시된 형태와 배치 상태로 반드시 한정하지 않고 다양하게 변경될 수 있다.

또한 배치 간격과 개수는 도면에 도시된 바와 같거나, 복수개가 한 쌍으로 배치되는 것도 가능할 수 있다. 또한 제1,2 가이드 돌기(312, 324)는 타원형태 원형 형태 V자 형태 중의 어느 하나의 형태가 선택적으로 사용 가능하며 특정 형태로 한정하지 않는다.

제2 가이드 돌기(324)는 제2 가이드 부재(320)의 내측에 형성되는 것으로 도시하였으나, 외측면에도 형성되는 것도 가능할 수 있다.

상기 제1,2 가이드 돌기(312, 324)는 압축 공기의 이동 방향을 기준으로 크기가 점진적으로 증가되는 것도 가능하다.

첨부된 도 6을 참조하면, 제1,2 가이드 돌기(312, 324)는 상기 제1,2 가이드 부재(310, 320)의 원주 방향에서 일방향으로 경사져서 서로 간에 이격된다.

상기 제1,2 가이드 돌기(312, 324)가 이와 같이 배치될 경우 유입 통로(60)를 통해 이동된 압축 공기는 나선 형태로 이동 흐름이 변경되어 사이드 연료 노즐(220)의 내부와 센터 위치로 이동된다.

이와 같이 본 실시 예는 압축 공기의 이동 방향과 흐름을 다양하게 변경시켜 공급할 수 있어 압축 공기의 유동 형태에 대한 다양성이 향상된다.

첨부된 도 7을 참조하면, 제2 가이드 부재(320)는 상기 엔드 플레이트를 향해 소정의 속도로 이동되는 압축 공기의 직진성 향상을 위해 상기 노즐 바디(202)의 축 방향으로 연장된 연장부(326)를 더 포함한다.

상기 연장부(326)는 유입 통로(60)를 통해 이동하는 압축 공기가 상기 제1,2 가이드 부재(310, 320)로 이동되기 이전에 각각 제1,2 통로(72, 74)를 향해 분기되도록 압축 공기의 이동 방향을 가이드 및 분기되도록 유도 함으로써 엔드 플레이트(100)로 이동되기 이전 위치에서 연장부(326)에 의한 방향성이 나누어진다.

상기 연장부(326)는 연장된 단부가 상기 노즐 바디(202)를 향해 경사지게 연장되는데, 케이싱(50)과 상기 연장부(326) 사이의 통로는 엔드 플레이트(100)로 갈수록 면적이 감소되므로 압축 공기의 이동 속도가 빨라지게 되고, 이로 인해 이동 거리의 증가에 따른 유체의 이동 안정성을 향상시킬 수 있다.

또한 압축 공기가 상기 연장부(326)의 단부 위치에서 각각 분기되어 이동되기에 유리해 진다.

특히 상기 연장부(326)는 상기 제1,2 가이드 부재(310, 320)를 향해 이동하는 압축 공기의 이동 방향을 가이드 하기 위해 상기 연장부(326)의 외부로 돌출된 가이드 플레이트(326a)를 더 포함한다. 상기 가이드 플레이트(326a)는 타원 형태 또는 원형 형태 중의 어느 하나의 형태로 형성되며 특정 형태로 한정하지 않는다.

가이드 플레이트(326a)은 압축 공기의 이동 방향과 박리로 인한 문제점을 최소화 하여 압축 공기의 안정적인 이동을 도모한다.

상기 연장부(326)는 노즐 바디(202)의 축 방향으로 연장된 단부의 두께가 감소된 경사부(326b)가 형성되고, 상기 경사부(326b)에 의해 압축 공기가 연장부(326)의 내측면과 외측면을 따라 이동되기가 용이해 진다. 또한 압축 공기가 상기 경사부(326b)의 단부와 접촉될 경우에도 접촉 면적의 감소로 이동 방향의 전환 및 와류 발생이 최소화 된다.

첨부된 도 8을 참조하면, 본 실시 예는 센터 연료 노즐(210)과 상기 사이드 연료 노즐(220)로 압축 공기의 이동을 가이드 하기 위해 상기 엔드 플레이트(100)에 일단이 연결되고 타단이 상기 센터 연료 노즐(210)을 향해 연장되며, 다수개의 개구 홀(332)이 형성된 제4 가이드 부재(330)를 더 포함한다.

상기 제4 가이드 부재(330)는 환형의 원통 형태로 형성되고, 상기 개구 홀(332)로 유입되는 유량을 제어할 수 있는데, 일 예로 상기 개구 홀(332)의 개수와 크기 및 배열에 따라 유량 제어를 실시할 수 있다.

상기 개구 홀(332)은 모두 동일하게 개구된 것으로 도시하였으나, 압축 공기의 이동 방향을 고려하여 도면 기준으로 엔드 플레이트(100)와 인접하여 개구된 개구 홀이 직경이 가장 크게 개구되고, 축 방향 하측으로 갈수록 개구 홀의 직경이 감소되게 구성되는 것도 가능할 수 있다.

참고로 상기 제4 가이드 부재(330)는 센터 연료 노즐(210)의 림(206)의 반경 방향 외측으로 이격된 위치에 하단이 위치된다.

본 발명에 의한 제2 실시 예에 의한 가스 터빈용 연소기에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 1 또는 도 10을 참조하면, 본 실시 예에 의한 가스 터빈용 연소기는 압축 공기를 흡입하여 고압으로 압축하기 위한 압축기(20)와, 압축기(20)에 의해 압축된 압축 공기를 연료와 혼합하여 연소시키기 위한 복수의 연소기(10)와, 상기 연소기(10)에서 배출되는 고온, 고압의 연소가스를 이용하여 터빈 블레이드를 회전시키며 전력을 생산하는 터빈(30)을 포함하되, 상기 연소기(10)에는 환형 형태로 이루어진 케이싱(50)의 일측 단부에 결합된 엔드 플레이트(100)와, 상기 엔드 플레이트(100)에 일단이 지지되고 타단이 축 방향으로 연장되며 상기 케이싱(50)의 내측 축 방향에 형성된 유입 통로(60)를 통해 이동된 압축 공기가 공급되도록 구비된 센터 연료 노즐(210)과, 사이드 연료 노즐(220)을 포함하는 연료 노즐(200)과, 상기 케이싱(50)의 내측을 따라 상기 엔드 플레이트(100)를 향해 이동된 압축 공기의 이동을 가이드 하기 위해 상기 센터 연료 노즐(210)과, 상기 사이드 연료 노즐(220)에 각각 구비된 가이드 부재(300)를 포함한다.
상기 사이드 연료 노즐(220)은 관 형태로 형성되어 소정의 길이로 연장된 노즐 바디(202)와, 상기 노즐 바디(202)의 반경 방향 외측으로 이격되고, 상기 노즐 바디(202)를 외측에서 감싸는 관 형태의 슈라우드(204); 상기 슈라우드(204)의 단부에서 외측을 향해 연장되고, 압축 공기가 유입되는 압축 공기 유입구(206a)가 형성된 림(206)을 포함하며,상기 가이드 부재(300)는 상기 엔드 플레이트(100)에 일단이 연결되고, 타단이 상기 케이싱(50)의 내측벽을 향해 라운드 지게 연장된 제1 가이드 부재(310)와, 상기 슈라우드(204)와 상기 압축 공기 유입구(206a) 사이에 일단이 위치되고, 타단이 상기 림(206)의 상측을 경유하여 상기 슈라우드(204)의 반경 방향 외측을 향해 라운드 지게 연장된 제2 가이드 부재(320)와, 상기 엔드 플레이트(100)에 일단이 연결되고 타단이 상기 센터 연료 노즐(210)의 림(206)에 연결되며, 다수개의 개구 홀(332)이 형성된 제4 가이드 부재(330)를 포함한다.

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상기 연료 노즐(200)은 상기 엔드 플레이트(100)의 중앙에 위치된 센터 연료 노즐(210)과, 상기 센터 연료 노즐(210)을 기준으로 반경 방향 외측으로 이격되어 위치되고, 상기 엔드 플레이트(100)의 가장 자리를 따라 복수개가 배치된 사이드 연료 노즐(220)을 포함한다.

상기 사이드 연료 노즐(220)은 엔드 플레이트(100)에서 동일 간격으로 서로 간에 이격되어 위치되며 후술할 가이드 부재(300)를 통해 위치에 상관없이 균일하게 압축 공기가 공급될 수 있다.

압축 공기는 유입 통로(60)를 통해 이동된 후에 화살표로 도시된 바와 같이 가이드 부재(300)에 의해 이동 방향이 각각 분기되어 일부는 제1 가이드 부재(310)의 표면를 따라 이동되고, 나머지 일부는 제2 가이드 부재(320)의 표면을 따라 이동되어 압축 공기 유입구(206a)를 통해 슈라우드(204)의 내측으로 공급된다.

상기 제2 가이드 부재(320)는 사이드 연료 노즐(220)이 배치된 상태를 기준으로 상기 센터 연료 노즐(210)을 바라보는 방향의 반대쪽에 해당되는 외측 방향(반경 방향 외측)을 바라보며 설치된다.

상기 위치에 제2 가이드 부재(320)가 설치되는 이유는 사이드 연료 노즐(220)의 반경 방향 외측을 경유하여 압축 공기 유입구(206a)로 공급되는 압축 공기가 센터 위치로 공급되도록 가이드 함으로써 위치에 상관없이 유동을 균일하게 유지시키기 위해서이다.

이를 통해 사이드 연료 노즐(220)은 특정 위치에서 발생되는 불안정한 압축 공기의 유동을 최소화 할 수 있다.

제1 가이드 부재(310)는 센터 연료 노즐(210)을 제외한 사이드 연료 노즐(220)의 외측에 위치되며, 이를 통해 사이드 연료 노즐(220)의 센터 방향으로 공급되는 압축 공기의 유동 불균일을 안정화시킬 수 있어 상기 센터 연료 노즐(210)로 공급된 압축 공기의 유량이 일정하게 유지된다.

보다 상세하게 설명하면 압축 공기가 엔드 플레이트(100)를 향해 이동될 경우 연료 노즐(200)의 내부로 위치에 상관없이 일정하게 공급되는 것이 유리하다.

본 실시 예는 엔드 플레이트(100)의 상대면(연료 노즐과 마주보는 면)에 압축 공기가 충돌할 경우 방향성이 제어되지 않고 불특정 위치로 이동되지 않도록 제1 가이드 부재(310)가 설치되어 있어 상기 엔드 플레이트(100)를 경유하여 사이드 연료 노즐(220)의 내부로 상기 압축 공기의 이동이 안정적으로 유도된다.

상기 제2 가이드 부재(320)는 상기 림(206)의 위치에서 반경 방향 외측으로 편심된 위치에 배치되며, 압축 공기가 상기 유입 통로(60)를 경유하여 엔드 플레이트(100)로 이동될 경우 사이드 연료 노즐(220)의 내부로 공급되는 압축 공기의 유량이 특정 위치에 편심되지 않고 골고루 분산되도록 유도하여 사이드 연료 노즐(220)로 공급되는 유량이 전체적으로 일정해진다.

따라서 본 실시 예에 의한 사이드 연료 노즐(220)은 가이드 부재(300)에 의해 압축 공기의 이동 방향이 유도되고, 유량이 전체적으로 균일해진다.

제1,2 통로(72, 74)는 압축 공기의 유동 방향을 가이드하고, 형성된 면적에 따라 유량을 조절할 수 있어 특정 위치로 보다많은 유량의 이동이 필요할 경우 도면에 도시된 바와 다른 형태로 형성되는 것도 가능할 수 있다.

제3 가이드 부재(325)는 제1 실시 예에서 설명한 작용 효과와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

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첨부된 도 10을 참조하면, 본 실시 예에 의한 개구 홀(332)은 상기 제4 가이드 부재(330)의 외측에서 내측을 향해 직경이 감소된 노즐 형태로 개구된다.
상기 개구 홀(332)이 이와 같이 노즐 형태로 개구될 경우 제4 가이드 부재(330)의 내측으로 이동된 압축 공기의 속도가 일정 직경으로 개구된 개구 홀에 비해 증가하게 된다.
이 경우 보다 많은 양의 압축 공기가 센터 연료 노즐(210)로 신속하게 공급될 수 있어 공급 효율 향상과 유량 증가를 동시에 도모할 수 있다.
본 실시 예에 의한 개구 홀(332)은 확대 단면도로 도시된 바와 같이 개구되고, 압축 공기가 개구 홀(332)을 통해 제4 가이드 부재(330)의 내측으로 유입된다.
압축 공기는 일부가 개구 홀(332)을 경유하여 내측으로 이동되고 일부는 사이드 연료 노즐(220)의 내측으로 이동되므로 균일한 유량을 일정하게 공급할 수 있다.
또한 제4 가이드 부재(440)에 의해 압축 공기가 센터 연료 노즐(210)의 내부로 이동할 때 개구 홀(332)을 통과하는 동안 사이드 연료 노즐(220)의 내측 전압을 상승시켜 이동된 압축 공기의 유동 균일화에 보다 유리해 진다.

첨부된 도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 의한 개구 홀(332)은 상기 제4 가이드 부재(330)의 축 방향에 대해 경사지게 배치된다.

개구 홀(332)이 이와 같이 배치될 경우 센터 연료 노즐(210)의 내부로 공급된 압축 공기는 나선 형태로 이동될 수 있고, 연료와 혼합될 경우 보다 높은 열효율을 갖는 연소 화염을 발생시킬 수 있다.

따라서 전술한 제4 가이드 부재(330)를 통해 연소기의 연소 효율 향상을 도모할 수 있다.

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이상, 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

50 : 케이싱
60 : 유입 통로
72, 74 : 제1,2 통로
100 : 엔드 플레이트
200 : 연료 노즐
202 : 노즐 바디
204 : 슈라우드
206 : 림
210 : 센터 연료 노즐
220 : 사이드 연료 노즐
300 : 가이드 부재
310, 320 : 제1,2 가이드 부재
326 : 연장부

Claims

환형 형태로 이루어진 케이싱(50)의 일측 단부에 결합된 엔드 플레이트(100);
상기 엔드 플레이트(100)에 일단이 지지되고 타단이 축 방향으로 연장되며 상기 케이싱(50)의 내측 축 방향에 형성된 유입 통로(60)를 통해 이동된 압축 공기가 공급되는 연료 노즐(200);
상기 엔드 플레이트(100)와 상기 연료 노즐(200) 사이에 설치되고, 상기 케이싱(50)의 내측을 따라 상기 엔드 플레이트(100)를 향해 이동된 압축 공기를 상기 연료 노즐(200)의 내측을 향해 일정한 유량으로 가이드 하기 위한 가이드 부재(300)를 포함하고,
상기 연료 노즐(200)은 상기 엔드 플레이트(100)의 중앙에 위치된 센터 연료 노즐(210)과, 상기 센터 연료 노즐(210)를 기준으로 반경 방향 외측으로 이격되어 위치되고, 상기 엔드 플레이트(100)의 가장자리를 따라 복수개가 배치된 사이드 연료 노즐(220)을 포함하며,
상기 사이드 연료 노즐(220)은 관 형태로 형성되어 소정의 길이로 연장된 노즐 바디(202)와, 상기 노즐 바디(202)의 반경 방향 외측으로 이격되고, 상기 노즐 바디(202)를 외측에서 감싸는 관 형태의 슈라우드(204)와, 상기 슈라우드(204)의 단부에서 외측을 향해 연장되고, 압축 공기가 유입되는 압축 공기 유입구(206a)가 형성된 림(206)을 포함하고,
상기 가이드 부재(300)는 상기 엔드 플레이트(100)에 일단이 연결되고, 타단이 상기 케이싱(50)의 내측벽을 향해 라운드 지게 연장된 제1 가이드 부재(310)와, 상기 슈라우드(204)와 상기 압축 공기 유입구(206a) 사이에 일단이 위치되고, 타단이 상기 림(206)의 상측을 경유하여 상기 슈라우드(204)의 반경 방향 외측을 향해 라운드 지게 연장된 제2 가이드 부재(320)를 포함하며,
상기 제1 가이드 부재(310)에는 압축 공기의 이동을 가이드 하기 위한 제1 가이드 돌기(312)가 형성되고, 상기 제2 가이드 부재(320)에는 압축 공기의 이동을 가이드 하기 위한 제2 가이드 돌기(324)가 형성된 연료 노즐 어셈블리.
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제1 항에 있어서,
상기 제2 가이드 부재(320)에는 상기 슈라우드(204)의 일단에 연결되고, 타단이 상기 제2 가이드 부재(320)에 연결된 제3 가이드 부재(325)를 더 포함하는 연료 노즐 어셈블리.
제1 항에 있어서,
상기 제2 가이드 부재(320)는 상기 림(206)의 원주 방향에서 소정의 길이로 연장된 반원 단면 형태로 형성되고,
상기 제1 가이드 부재(310)는 상기 제2 가이드 부재(320)의 외측 반경 방향에서 서로 마주보며 쿼터 서클(quarter circle) 단면으로 형성된 연료 노즐 어셈블리.
제5 항에 있어서,
상기 제1 가이드 부재(310)와 상기 제2 가이드 부재(320) 사이에 형성된 제1 통로(72);
상기 림(206)의 반경 방향 외측과 상기 제2 가이드 부재(320) 사이에 형성된 제2 통로(74)를 더 포함하고,
상기 엔드 플레이트(100)를 향해 이동된 압축 공기는 상기 제1 통로(72)와 상기 제2 통로(74)로 각각 분기되어 노즐 바디(202)로 공급이 이루어지는 연료 노즐 어셈블리.
제6 항에 있어서,
상기 제1 통로(72)는 일정한 단면적이 유지되는 연료 노즐 어셈블리.
제1 항에 있어서,
상기 제2 가이드 부재(320)는 상기 림(206)의 위치에서 반경 방향 외측으로 편심된 위치에 배치된 연료 노즐 어셈블리.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 제1,2 가이드 돌기(312, 324)는 상기 제1,2 가이드 부재(310, 320)의 원주 방향에서 등간격으로 서로 간에 이격된 연료 노즐 어셈블리.
제1 항에 있어서,
상기 제1,2 가이드 돌기(312, 324)는 상기 제1,2 가이드 부재(310, 320)의 원주 방향에서 일방향으로 경사져서 서로 간에 이격된 연료 노즐 어셈블리.
제1 항에 있어서,
상기 제2 가이드 부재(320)에는 상기 엔드 플레이트를 향해 소정의 속도로 이동되는 압축 공기의 직진성을 위해 상기 노즐 바디(202)의 축 방향으로 연장된 연장부(326)를 더 포함하는 연료 노즐 어셈블리.
제12 항에 있어서,
상기 연장부(326)는 연장된 단부가 상기 노즐 바디(202)를 향해 경사지게 연장된 연료 노즐 어셈블리.
제12 항에 있어서,
상기 연장부(326)는 상기 제1,2 가이드 부재(310, 320)를 향해 이동하는 압축 공기의 이동 방향을 가이드 하기 위해 상기 연장부(326)의 외부로 돌출된 가이드 플레이트(326a)를 더 포함하는 연료 노즐 어셈블리.
제12 항에 있어서,
상기 연장부(326)는 노즐 바디(202)의 축 방향으로 연장된 단부의 두께가 감소된 경사부(326b)가 형성된 연료 노즐 어셈블리.
제1 항에 있어서,
상기 센터 연료 노즐(210)과 상기 사이드 연료 노즐(220)로 압축 공기의 이동을 가이드 하기 위해 상기 엔드 플레이트(100)에 일단이 연결되고 타단이 상기 센터 연료 노즐(210)을 향해 연장되며, 다수개의 개구 홀(332)이 형성된 제4 가이드 부재(330)를 더 포함하는 연료 노즐 어셈블리.
압축 공기를 흡입하여 고압으로 압축하기 위한 압축기(20);
압축기(20)에 의해 압축된 압축 공기를 연료와 혼합하여 연소시키기 위한 복수의 연소기(10);
상기 연소기(10)에서 배출되는 고온, 고압의 연소가스를 이용하여 터빈 블레이드를 회전시키며 전력을 생산하는 터빈(30)을 포함하되,
상기 연소기(10)에는 환형 형태로 이루어진 케이싱(50)의 일측 단부에 결합된 엔드 플레이트(100);
상기 엔드 플레이트(100)에 일단이 지지되고 타단이 축 방향으로 연장되며 상기 케이싱(50)의 내측 축 방향에 형성된 유입 통로(60)를 통해 이동된 압축 공기가 공급되도록 구비된 센터 연료 노즐(210)과, 사이드 연료 노즐(220)을 포함하는 연료 노즐(200);
상기 케이싱(50)의 내측을 따라 상기 엔드 플레이트(100)를 향해 이동된 압축 공기의 이동을 가이드 하기 위해 상기 센터 연료 노즐(210)과, 상기 사이드 연료 노즐(220)에 각각 구비된 가이드 부재(300)를 포함하고,
상기 사이드 연료 노즐(220)은 관 형태로 형성되어 소정의 길이로 연장된 노즐 바디(202)와, 상기 노즐 바디(202)의 반경 방향 외측으로 이격되고, 상기 노즐 바디(202)를 외측에서 감싸는 관 형태의 슈라우드(204); 상기 슈라우드(204)의 단부에서 외측을 향해 연장되고, 압축 공기가 유입되는 압축 공기 유입구(206a)가 형성된 림(206)을 포함하며,
상기 가이드 부재(300)는 상기 엔드 플레이트(100)에 일단이 연결되고, 타단이 상기 케이싱(50)의 내측벽을 향해 라운드 지게 연장된 제1 가이드 부재(310)와, 상기 슈라우드(204)와 상기 압축 공기 유입구(206a) 사이에 일단이 위치되고, 타단이 상기 림(206)의 상측을 경유하여 상기 슈라우드(204)의 반경 방향 외측을 향해 라운드 지게 연장된 제2 가이드 부재(320)와, 상기 엔드 플레이트(100)에 일단이 연결되고 타단이 상기 센터 연료 노즐(210)의 림(206)에 연결되며, 다수개의 개구 홀(332)이 형성된 제4 가이드 부재(330)를 포함하는 가스 터빈용 연소기.
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제17 항에 있어서,
상기 제2 가이드 부재(320)는 상기 슈라우드(204)의 일단에 연결되고, 타단이 상기 제2 가이드 부재(320)에 연결된 제3 가이드 부재(325)를 더 포함하는 가스 터빈용 연소기.
제17 항에 있어서,
상기 개구 홀(332)은 상기 제4 가이드 부재(330)의 외측에서 내측을 향해 직경이 감소된 노즐 형태로 개구된 가스 터빈용 연소기.
제17 항에 있어서,
상기 개구 홀(332)은 상기 제4 가이드 부재(330)의 축 방향에 대하여 경사지게 배치된 가스 터빈용 연소기.