KR102335092B1 - 바이어스 유출물 냉각을 갖는 연소 라이너 - Google Patents

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Abstract

가스 터빈 연소기의 연소 라이너의 일부에 대한 냉각을 개선하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 상기 연소 라이너는 상기 라이너의 상부 부분 및 하부 부분에 있는 축방향으로 이격된 횡렬로 배열된 복수의 냉각 홀들을 통해서 공기를 공급함으로써 냉각된다. 따라서, 상기 냉각 홀들은 압축기 방출로부터의 공기의 오류 분포로 인하여 충분한 공기 유동을 받지 않는 연소 라이너의 영겨에 추가 냉각 유동을 안내하도록 이격된다.

Description

바이어스 유출물 냉각을 갖는 연소 라이너{COMBUSTION LINER WITH BIAS EFFUSION COOLING}
관련 출원들의 교차 참조
없음
본 발명은 일반적으로 가스 터빈 연소기에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 실시예들은 구성요소 통합성 및 작동 수명을 개선하기 위하여 연소 라이너의 냉각을 개선시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
전형적인 가스 터빈 엔진에 있어서, 회전식 및 고정식 에어포일의 교대 스테이지들을 갖는 압축기는 축방향 샤프트를 통해서 터빈에 결합되고, 상기 터빈은 또한 회전식 및 고정식 에어포일의 교대 스테이지들을 가진다. 압축기 스테이지들은 통과하는 공기를 압축하기 위하여 크기가 감소된다. 압축 공기는 그 다음 공기를 연료와 혼합하는 하나 이상의 연소기들에 공급된다. 연소기에서 점화 소스는 혼합물을 점화시켜서 고온 연소 가스들을 생성하고, 상기 고온 연소 가스들은 터빈을 통과하여, 축방향 샤프트를 통해서 압축기와 결합되는 터빈의 스테이지들을 팽창 및 구동시킨다. 배기 가스들은 그 다음 전기 발생을 위하여 발전기에 결합된 샤프트를 선회시키도록, 열회수 증기 발생기를 통해서 또는 발전소 작동시에 증기를 발생시켜기 위해 추친 소스로서 사용될 수 있다.
가스 터빈 엔진의 연소 시스템은 다양한 구성을 취할 수 있다. 가스 터빈 엔진용 연소 시스템은 단일 연소 챔버, 엔진의 축 주위에 이격된 복수의 개별 연소 챔버들, 플리넘 유형의 연소 시스템 또는 다양한 다른 연소 시스템을 포함할 수 있다. 엔진의 기하학적 형태, 성능 조건 및 물리적 작동 위치에 따라서, 정확한 연소기 구성이 변화될 것이다.
전형적인 연소 시스템은 일반적으로 엔진의 프레임에 고정된 적어도 하나의 케이싱, 상기 케이싱의 적어도 일부 내에 고정된 연소 라이너 및 연료(가스, 액체 또는 양자 모두)를 연소 챔버 안으로 분사하기 위해 연소 라이너에 인접한 또는 연소 라이너 내에 배치된 하나 이상의 연료 노즐을 포함한다. 연소 시스템은 케이싱 및 라이너 장치가 압축기로부터 연소 시스템으로 진입하는 공기를 위한 경로를 제공할 때 엔진과 유체 교통하고, 상기 연소 시스템에서 공기는 하나 이상의 연료 노즐로부터의 연료와 혼합된다. 연료 공기 혼합물은 불꽃 점화기와 같은 점화 소스에 의해서 점화된다. 고온 연소 가스들은 연소 라이너를 통과하여 이동하고 종종 하나 이상의 변이 부재들을 통해서 터빈 안으로 이동한다. 변이 부재는 본질적으로 연소기의 형상으로부터 터빈의 입구에 대해서 변화되는 기하학적 형태를 갖는 덕트이다.
연소 라이너는 연소기 작동의 중심에 있다. 연소 라이너 기하학적 형태는 엔진의 작동 파라미터들, 성능 조건, 및/또는 사용가능한 기하학적 형태에 의해서 설명된다. 연소 라이너들의 기하학적 형태들이 변화될 수 있지만, 연소 라이너는 통상적으로 연료 및 공기 혼합물이 점화될 때 연료 노즐들을 수용하기 위한, 연료 및 공기를 함께 혼합하기 위한 그리고 반응물을 함유하기 위한 영역들을 포함한다.
연소 라이너 내의 작동 온도로 인하여, 연소 라이너를 냉각시킬 필요가 있다. 냉각 공기는 통상적으로 연소 라이너의 외면을 따라서 그리고 종종 벽 두께를 통해서 그리고 연소 라이너의 내벽의 적어도 일부를 따라서 제공된다. 그러나, 연소 라이너 주위의 냉각 공기의 불균일한 분포는 불균일한 냉각을 유도할 수 있고, 이는 연소 라이너의 구조적 통합성에 역효과 및 바람직하지 않은 결과들을 유발할 수 있다.
본 발명에 따라서, 냉각 효과를 개선하고 냉각 공기의 오류 분포를 감소시키기 위하여 연소 라이너를 새롭고 개선한 냉각 방식이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 일반적인 환형 몸체를 구비하는 연소 라이너가 제공되고, 상기 환형 몸체는 상부 부분 및 하부 부분을 구비하고, 상기 하부 부분은 엔진 중심 라인에 가장 인접하게 배치된 연소 라이너의 부분이다. 상기 연소 라이너는 또한 일반적인 환형 몸체에 위치한 복수의 개방부들 및 출구 단부 인근에 있는 외벽을 따라 배치된 시일을 포함한다. 연소 라이너는 또한 복수의 축방향으로 이격된 횡렬들에 배열된 환형 몸체에 있는 복수의 냉각 홀들을 포함하고, 여기서 환형 몸체의 하부 부분이 상부 부분보다 냉각 홀들의 밀도가 높아지도록 제 1 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들은 상부 부분에 위치하고, 제 2 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들은 하부 부분에 위치하고, 제 3 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들도 역시 하부 부분에 위치한다.
본 발명의 대안 실시예에서, 연소 라이너를 위한 냉각 패턴이 제공된다. 상기 냉각 패턴은 상기 연소 라이너의 상부 부분에 위치하는 제 1 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들의 냉각 홀들, 상기 연소 라이너의 하부 부분에 위치하는 제 2 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들의 냉각 홀들, 및 상기 연소 라이너의 하부 부분에 위치하는 제 3 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들의 냉각 홀들을 포함한다. 제 3 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들의 냉각 홀들은 상기 제 2 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들의 냉각 홀들 사이에 위치하여, 연소 라이너의 하부 부분에 대한 냉각 유동을 증가시킨다.
본 발명의 또다른 실시예에 있어서, 연소 라이너의 일부에 증가한 냉각을 제공하는 방법이 제공된다. 상부 부분 및 하부 부분을 갖는 일반적인 환형 몸체가 제공된다. 상부 부분에 제 1 복수의 횡렬들의 냉각 홀들이 제공되고, 상기 하부 부분에 제 2 복수의 횡렬들의 냉각 홀들이 제공되고, 상기 제 2 복수의 횡렬들은 상기 제 1 복수의 횡렬들과 축방향으로 정렬된다. 상기 하부 부분들에 제 3 복수의 횡렬들의 냉각 홀들이 제공되고, 상기 제 3 복수의 횡렬들은 상기 제 2 복수의 횡렬들 사이에 배치되고, 상기 제 2 및 상기 제 3 복수의 횡렬들에 있는 상기 냉각 홀들은 상기 제 1 복수의 횡렬들에 있는 상기 냉각 홀들보다 인접한 거리로 함께 이격되어 있다.
본 발명의 추가 장점 및 형태들은 하기 기술된 설명에서 부분적으로 설명될 것이고 당업자가 하기 설명을 검토할 때 명확해지거나 또는 본 발명의 실무로부터 학습될 것이다. 본 발명은 이하 특히 첨부된 도면을 참조하여 기술될 것이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술된다.
도 1은 종래 기술의 연소 라이너가 작동하고 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 라이너가 작동할 수 있는 가스 터빈 엔진의 부분 단면도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 연소 라이너의 사시도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 도 2의 연소 라이너의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 라이너의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4의 연소 라이너의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 횡렬의 냉각 홀들을 통해서 취해진 도 5의 연소 라이너의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 상이한 횡렬의 냉각 홀들을 통해서 취해진 도 5의 연소 라이너의 대안 단면도이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 라이너의 사시도이다.
도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 8a의 연소 라이너의 일부의 상세 사시도이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 라이너의 대안 사시도이다.
도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 9a의 연소 라이너의 일부의 상세 사시도이다.
본 발명의 요지는 명시된 사항을 충족하도록 상세하게 기술된다. 그러나, 설명 그 자체는 본 발명의 범주를 제한하려는 의도는 아니다. 오히려, 본 발명자들은 청구된 요지는 또한 다른 현재 또는 장래 기술들과 연계하여 본원에 기술된 것들과 유사한 단계들의 조합 또는 상이한 구성요소, 구성요소들, 단계들의 조합을 포함하는 다른 방식으로 구현될 수 있다는 것을 고려하고 있다.
먼저 도 1에 있어서, 종래 기술의 가스 터빈 엔진(100)의 일부 및 본 발명의 일 실시예가 작동할 수 있는 구성이 도시되어 있다. 엔진 축(A-A)을 따라 연장되는 샤프트(미도시)를 통해서 작동하는 가스 터빈 엔진(100)은 압축기 케이스(102) 및 압축기(미도시) 및 압축기 방출 플리넘(104)을 포함한다. 샤프트는 압축기를 터빈에 연결한다. 일반적으로 상술한 바와 같이, 압축기는 입구 영역을 통해서 공기를 받고 통과하는 공기를 압축하기 위하여 감소된 크기의 회전식 및 고정식 에어포일의 교대 횡렬을 통해서 공기를 안내함으로써, 공기 온도 및 압력을 증가시킨다. 압축 공기는 그 다음 압축기 방출 플리넘(104) 안으로 안내되고, 상기 플리넘은 유동 방향을 변경하고 하나 이상의 연소 시스템(106)을 향하여 안내된다. 공기가 연소 시스템(106) 안으로 진입하기 전에, 압축 공기는 연소 라이너(108)을 냉각시키는데 사용된다. 압축 공기는 그 다음 연소 라이너(108)로 진입하고 연료와 함께 혼합되며 점화되어서 고온 연소 가스들을 형성한다. 고온 연소 가스는 그 다음 터빈(미도시) 안으로 지향되고 유체를 팽창시키고 연소 가스로부터의 에너지를 기계 가공으로 전달하여 샤프트를 구동시키기 위해서 증가한 크기의 회전식 및 고정식 에어포일의 교대 횡렬을 통과한다. 샤프트는 또한 전기 발생을 목적으로 발전기의 샤프트(미도시)에 결합될 수 있다.
축방향 압축기로부터 압축기 방출 플리넘(104)로의 압축 공기의 유동은 일반적으로 균일하지만, 압축기 방출 플리넘(104)으로부터 하나 이상의 연소 시스템(106)으로의 유동은 연소 라이너(108) 주위의 공기 분포에 대해서 적어도 불균일할 수 있다. 이는 연소 시스템의 방위 및 위치와 같은 다양한 팩터들에 기인할 수 있다. 결과적으로, 냉각을 위한 공기량은 각각의 연소 시스템(106)에 균일하게 분포되지 않는다. 압축 공기의 불균일한 분포는 통상적으로 자체적으로 즉 공기가 연소 라이너(108) 안으로 분사되고 연료와 혼합되는 시간에 따라서 연소 프로세스에 대해서 해결된다.
그러나, 연소 라이너(108)의 냉각 목적을 위한 불균일한 공기 분포는 문제가 될 수 있다. 이는 도 2 및 도 3에 도시된 연소 라이너(108)에 대해서 명확하다. 종래 기술의 연소 라이너(108)에 대해서, 3개의 축방향으로 이격된 횡렬들(110)의 냉각 홀들(112)은 냉각을 위해서 사용되고, 여기서 각각의 횡렬들(110)은 동일하게 이격되어 있고 동일 직경을 갖는 축방향으로 배향된 동일 수의 냉각 홀들(112)을 수용한다. 각각의 축방향으로 이격된 횡렬들(110) 내의 냉각 홀들(112)은 동일한 냉각 유동을 연소 라이너(108)에 제공하기 위하여 연소 라이너(108)의 주변부 주위로 동일하게 이격된다. 그러나, 압축 공기의 공급량은 불균일한 경우, 냉각 홀들의 동일 분포는 연소 라이너(108)에게 동일한 분포의 냉각 공기를 제공하지 않는다.
본 발명은 도 4 내지 도 9b에 개시된다. 처음 도 4 및 도 5를 참조할 때, 본 발명에 따른 연소 라이너(200)가 개시된다. 연소 라이너(200)는 도 1에 도시된 바와 같이, 가스 터빈 연소기 및 가스 터빈 엔진에서 작동할 수 있다. 연소 라이너(200)는 도 5a에 도시된 바와 같이 중심 라인(B-B)을 갖는 일반적인 환형 몸체(202), 내벽(204) 및 일반적인 환형 몸체(202)의 벽 두께 만큼 내벽(204)으로부터 거리를 두고 이격된 외벽(206)을 포함한다. 일반적인 환형 몸체(202)는 또한 입구 단부(208) 및 반대편 출구 단부(210)를 가진다.
일반적인 환형 몸체(202)는 또한 상부 부분(212) 및 하부 부분(214)을 가지며, 상부 부분(212) 및 하부 부분(214)은 연소 라이너(200)가 가스 터빈 엔진에서 배향되는 방식에 기초하여 결정된다. 즉, 하부 부분(214)은 가스 터빈 엔진에서 연소 라이너(200)의 설치 시에, 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진 축(A-A)에 더욱 인접하게 배치되는 일반적인 환형 몸체(202)의 섹션을 포함한다. 비록 하부 부분(214)의 정확한 크기는 연소 시스템의 엔진 유형 및 크기에 따라서 변화될 수 있지만, 본 발명의 실시예에 대해서, 하부 부분(214)은 일반적인 환형 몸체(202)의 대략 120도 섹션을 포괄한다. 통상적으로, 하부 부분(214)은 30 내지 150도로 연장될 수 있다. 상기 하부 섹션은 도 6에 더욱 명확하게 도시된다.
상부 부분(212)은 일반적인 환형 몸체(202)의 잔여 부분을 포괄한다. 즉, 상술한 본 발명의 실시예에 대해서, 상부 부분(212)은 일반적인 환형 몸체(202)의 대략 240도 섹션을 포괄한다.
연소 라이너(200)는 또한 일반적인 환형 몸체(202)에 위치한 복수의 개방부들(216)을 포함한다. 이들 개방부들(202)은 입구 단부(208) 및 출구 단부(210) 사이에 배치된다. 복수의 개방부들(216)은 도 4 내지 도 7에 도시된 개방부들(216)과 같은 횡단 화염 튜브를 통해서 인접 연소 라이너들을 연결하는 것과 같이, 큰 희석 홀들과 같은 다양한 기능을 수행할 수 있다. 연소 라이너(200)는 또한 외벽(206)을 따라서 그리고 출구 단부(210) 근위에 위치한 시일(218)을 포함한다.
연소 라이너(200)는 또한 복수의 축방향으로 이격된 횡렬들에 배열된 복수의 냉각 홀(220)을 포함한다. 특히, 도 5a 내지 도 7에 있어서, 연소 라이너(200)는 환형 몸체(202)의 상부 부분(212)에 위치한 제 1 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들(222), 환형 몸체(202)의 하부 부분(214)에 위치한 제 2 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들(224)을 가진다. 연소 라이너(200)는 또한 환형 몸체(202)의 하부 부분(214)에 위치한 제 3 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들(226)을 가진다. 복수의 축방향으로 이격된 횡렬들은 일반적인 환형 몸체(202)의 하부 부분(214)이 일반적인 환형 몸체(202)의 상부 부분(212)보다 큰 밀도의 냉각 홀들을 갖는 방식으로 배열된다.
복수의 냉각 홀들(220) 및 연소 라이너(200)에서의 그 각각의 위치들은 또한 도 5b 내지 도 9b에 대해서 도시되어 있다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 제 1 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들(222) 및 제 2 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들(224)은 각각 적어도 3개의 횡렬들을 포함하고, 여기서 제 2 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들(224)은 제 1 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들(222)와 축방향으로 정렬되어 있다.
이제 도 5b 및 도 7에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 대해서, 제 3 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들(226)은 적어도 2개의 횡렬들의 냉각 홀들을 포함하고 상기 횡렬들(226)은 제 2 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들(224) 사이에 배치된다. 제 3 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들(226)은 하부 부분(214)에 대한 냉각 홀들의 양과 밀도를 증가시키고 도 5 내지 도 9b에 도시된 실시예에 대해서 대략 120도로 전체 하부 부분(214)에 걸쳐 연장된다.
상술한 바와 같이, 종래 기술의 연소 라이너들은 라이너에 대해서 동일하게 이격된 각각의 홀들을 갖는 3개의 횡렬들의 축방향으로 이격된 냉각 홀들을 통합하고 있다. 본 발명에 제공된 개선 사항은 연소 라이너를 냉각시키기 위해 사용된 압축 공기의 전체량을 변경하지 않는다. 즉, 연소 라이너의 영역에 대해서 이미 의도되지 않은 추가 공기는 냉각을 강화하기 위하여 하부 부분(214)으로 지향되지 않는다. 대신에, 연소 라이너의 냉각 패턴 및 본원에 개시된 방법은 냉각 공기를 재분포시킴으로써 불균일한 냉각 공기 분포를 더욱 효과적으로 이용하는 방법을 제공한다.
냉각 홀들(220)의 효과를 개선하기 위하여, 냉각 홀들은 홀들의 길이를 증가시키는 방식으로 배향되어서, 냉각 공기의 효과를 증가시킨다. 각각의 제 1, 제 2, 제 3 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들에서, 냉각 홀들(220)은 환형 몸체(202)의 중심 라인(B-B)에 대한 적어도 표면 각도로 배향된다. 상기 표면 각도는 크기에서 변화될 수 있지만, 양호하게는 예각이다. 냉각 홀들(200)에 대한 이러한 하나의 허용가능한 표면 각도는 대략 25도이다.
중심 라인(B-B)에 대한 표면 각도에 추가하여, 각각의 제 1, 제 2, 제 3 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들은 또한 도 8b 및 도 9b에 도시된 중심 라인(B-B)에 대한 접선 각도로 배향될 수 있다. 접선 각도는 변화될 수 있지만, 접선 각도가 대략 15 내지 75인 것이 양호하다. 냉각 홀들(220)에 대한 이러한 하나의 허용가능한 접선 각도는 대략 45도이다. 표면 각도 및 접선 각도의 조합은 냉각 홀들(220)의 전체 길이 및 성능을 증가시킨다.
연소 라이너(200)의 작동 조건에 따라서, 연소 라이너는 또한 내벽(204)에 도포된 열차단 코팅부를 포함할 수 있고, 상기 코팅부는 복수의 개방부들(216) 근위로부터 출구 단부(210)로 연장된다. 열차단 코팅부는 연소 라이너(200)의 효과적인 작동 온도를 낮추는 것을 보조하기 위하여 고온 연소 가스에 대해서 연소 라이너의 내벽에 절연성을 제공한다. 다양한 열차단 코팅부 조성 및 두께가 연소 라이너(200)의 내벽(204)에 도포될 수 있다.
본 발명의 대안 실시예에 있어서, 연소 라이너에 대한 냉각 패턴이 제공된다. 냉각 패턴은 연소 라이너(200)의 상부 부분(212)에 위치하는 제 1 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들(222)의 냉각 홀들(220)을 포함한다. 도 5b 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 제 1 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들(222)은 제 1 거리(D1) 만큼 이격되어 있다. 냉각 패턴은 또한 제 2 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들(224)의 냉각 홀들(220)을 포함하고, 상기 제 2 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들(224)은 연소 라이너(200)의 하부 부분(214)에 위치한다. 도 5b 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 제 2 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들(224)은 제 2 거리(D2) 만큼 이격되어 있다. 비록 거리(D1,D2)는 연소 라이너 작동 조건에 따라서 변화될 수 있지만, 도 5b에 도시된 본 발명의 실시예에 대해서, D1은 D2와 동일해서, 제 1 및 제 2 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들(222,224)은 축방향으로 정렬된다.
냉각 패턴은 또한 제 3 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들(226)의 냉각 홀들(220)을 포함하고, 제 3 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들(226)은 연소 라이너(200)의 하부 부분(214)에 위치한다. 도 5b 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 제 3 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들(226)은 제 3 거리(D3) 만큼 이격되어 있다. 도 5a, 도 5b 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 제 3 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들(226)은 제 2 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들(224) 사이에서 축방향으로 배치된다. 특히, 제 3 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들(226)은 제 2 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들(224) 사이에서 일반적으로 동일 거리로 배치된다. 그러므로, 도 5b에 도시된 본 발명의 실시예에 대해서, D3는 일반적으로 D2와 동일하지만, 이들 거리는 연소 라이너의 필요한 냉각 조건에 따라서 변화될 수 있다.
냉각 효과는 각각의 축방향으로 이격된 횡렬들의 냉각 홀들의 간격 및 수에 의해서 영향을 받는다. 본 발명의 실시예에 대해서, 냉각 패턴은 거리 D4에서 동일하게 이격된 제 1 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들(222)의 냉각 홀들(220)을 가진다. 제 2, 제 3 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들(224,226)에 대해서, 각각의 상기 횡렬들에서 동일한 수의 냉각 홀들(220)이 있지만, 이들 횡렬들의 간격은 냉각을 개선하기 위해 홀의 밀도를 증가시키도록 거리 D5에서 더욱 인접하게 배치된다. 예를 들어, 도 5a 내지 도 7에 도시된 본 발명의 일 실시예에 대해서, 제 1 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들(222)[상부 부분(212)에 있는 횡렬들]의 냉각 홀들은 대략 0.4인치 거리로 동일하게 이격되고, 제 2, 제 3 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들(224,226)[하부 부분(214)에 있는 횡렬들]의 냉각 홀들은 동일하게 이격되지만, 대략 0.33 인치의 더욱 인접한 거리 D5로 이격되어 있다. 당업자가 이해하는 바와 같이, 냉각 홀들의 정확한 크기 및 간격 D4, D5은 변화될 것이다. 따라서, 상술한 냉각 홀들의 간격 및 냉각 홀들의 횡렬들의 결과로 인하여, 연소 라이너(200)의 하부 부분(214)에 대한 냉각 유동은 증가한다.
상술한 바와 같이, 복수의 냉각 홀들은 냉각 공기를 더욱 효과적으로 활용하기 위하여 표면 각도 및 접선 각도 모두에서 배향될 수 있다. 이러한 냉각 홀 또는 배향은 또한 상술한 연소 라이너에 대한 냉각 패턴에서 활용된다.
본 발명은 또한 연소 라이너의 일부에 냉각을 증가시키는 방법을 제공하고, 상기 방법은 상부 부분 및 하부 부분을 갖는 일반적인 환형 몸체를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 하부 부분은 설치될 때 상기 가스 터빈 엔진의 중심 라인에 최인접하게 배치된 상기 연소 라이너의 일부이다. 상기 방법은 또한 상부 부분에 제 1 복수의 횡렬들의 냉각 홀들을 제공하는 단계 그리고 연소 라이너의 하부 부분에 제 2 복수의 횡렬들의 냉각 홀들을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 제 2 복수의 횡렬들은 상기 제 1 복수의 횡렬들과 축방향으로 정렬된다. 상기 방법은 또한 연소 라이너의 하부 부분에 제 3 복수의 횡렬들의 냉각 홀들을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 제 3 복수의 횡렬들은 상기 제 2 복수의 횡렬들 사이에 배치된다. 상기 제 2 및 상기 제 3 복수의 횡렬들에 있는 상기 냉각 홀들은 상기 제 1 복수의 횡렬들에 있는 상기 냉각 홀들보다 인접한 거리 또는 간격으로 위치하도록 이격된다. 상술한 방법에 있는 냉각 홀들은 종래 기술에서 사용된 동일한 양의 냉각 공기를 더욱 효과적으로 사용하고 적용하도록 이격된다. 예를 들어, 제 1 복수의 횡렬들의 냉각 홀들은 제 1 거리 만큼 동일하게 이격되고, 제 2 복수의 횡렬들의 냉각 홀들도 역시 동일하게 이격되지만, 제 2 거리 만큼 이격된다. 더우기, 제 3 복수의 횡렬들의 냉각 홀들은 제 3 거리 만큼 동일하게 이격된다. 제 1, 제 2, 제 3 거리들은 변화될 수 있지만, 본 발명의 실시예에 대해서, 제 2 거리 및 제 3 거리는 동일하고, 제 1 거리는 제 2 또는 제 3 거리보다 크다. 결과적으로, 큰 밀도의 냉각 홀들은 라이너의 작동 온도를 낮추고 연소 라이너에 공급된 냉각 공기의 오류 분포를 보상하는데 필요한 추가 공기를 제공하기 위하여 연소 라이너의 하부 부분에 제공된다.
본 발명은 제한적이라기 보다는 예시적으로 의도된 특정 실시예에 대해서 기술되었다. 대안 실시예 및 경질면과 다른 슈라우드 면의 기계가공과 같은 필요한 동작 및 경질면의 작동 유도 마모는 본 발명의 범주 내에서 당업자에게는 명백한 것이다.
상술한 설명으로부터, 본 발명은 상술한 모든 목적을 시스템 및 방법에 본질적이고 명확한 다른 장점들과 함께 달성하기에 적합하다는 사실을 알게 될 것이다. 임의의 형태 및 하위 조합이 사용되고 다른 형태 및 하위 조합들을 참조하지 않고 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이는 본 발명의 범주 내에 있다.

Claims (20)

  1. 가스 터빈 연소기를 위한 연소 라이너로서,
    관통 연장되는 중심 라인, 내벽, 상기 내벽으로부터 거리를 두고 이격된 외벽, 입구 단부 및 반대편 출구 단부를 구비한 일반적인 환형 몸체로서, 상기 일반적인 환형 몸체는 상부 부분 및 하부 부분을 또한 구비하고, 상기 하부 부분은 가스 터빈 엔진에서 상기 연소 라이너를 설치할 때 엔진 축에 더욱 인접하게 배치되는 상기 일반적인 환형 몸체의 섹션을 포함하는, 상기 일반적인 환형 몸체;
    상기 일반적인 환형 몸체에 위치하고 상기 입구 단부와 상기 출구 단부 사이에 배치되는 복수의 개방부들;
    상기 출구 단부 근위에 있는 상기 외벽을 따라 배치된 시일; 및
    상기 일반적인 환형 몸체에서 복수의 축방향으로 이격된 횡렬(row)들로 배열된 복수의 냉각 홀들;을 포함하고,
    상기 복수의 축방향으로 이격된 횡렬들은:
    상기 일반적인 환형 몸체의 상부 부분에 위치한 제 1 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들;
    상기 일반적인 환형 몸체의 하부 부분에 위치한 제 2 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들; 및
    상기 일반적인 환형 몸체의 하부 부분에 위치한 제 3 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들;을 포함하고,
    상기 복수의 축방향으로 이격된 횡렬들은 상기 일반적인 환형 몸체의 하부 부분이 상기 일반적인 환형 몸체의 상부 부분보다 큰 밀도의 냉각 홀들을 구비하도록 배열되는, 연소 라이너.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들 및 상기 제 2 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들은 각각 적어도 3개의 횡렬들을 포함하고, 상기 제 2 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들은 상기 제 1 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들과 축방향으로 정렬되는, 연소 라이너.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들은 상기 제 2 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들 중 하나의 횡렬 사이에 각각 배치된 적어도 2개의 횡렬들을 포함하는, 연소 라이너.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들은 상기 일반적인 환형 몸체의 하부 부분을 가로질러 120도로 연장되는, 연소 라이너.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 개방부들 근위에서 상기 출구 단부로 상기 내벽에 도포된 열차단 코팅부를 추가로 포함하는, 연소 라이너.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 냉각 홀들은 상기 일반적인 환형 몸체의 중심 라인에 대한 표면 각도로 배향되는, 연소 라이너.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 냉각 홀들은 또한 상기 일반적인 환형 몸체의 중심 라인에 대한 접선 각도로 배향되는, 연소 라이너.
  8. 연소 라이너를 위한 냉각 패턴으로서,
    상기 연소 라이너의 상부 부분에 위치하고 제 1 거리 만큼 이격된 제 1 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들의 냉각 홀들;
    상기 연소 라이너의 하부 부분에 위치하고 제 2 거리 만큼 이격된 제 2 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들의 냉각 홀들; 및
    상기 연소 라이너의 하부 부분에 위치하고 제 3 거리 만큼 이격된 제 3 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들의 냉각 홀들;을 포함하고,
    상기 제 3 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들의 냉각 홀들은 상기 제 2 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들 사이에서 축방향으로 배치되고, 그에 의해서 상기 연소 라이너의 하부 부분으로의 냉각 유동을 증가시키는, 냉각 패턴.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 3 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들은 상기 연소 라이너의 하부 부분을 가로질러 120도로 연장되는, 냉각 패턴.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 연소 라이너의 내벽에 도포된 열차단 코팅부를 추가로 포함하는, 냉각 패턴.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 세트, 상기 제 2 세트 및 상기 제 3 세트의 복수의 횡렬들의 냉각 홀들은 상기 연소 라이너의 환형 몸체에 대한 표면 각도로 배향되는, 냉각 패턴.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 세트, 상기 제 2 세트 및 상기 제 3 세트의 복수의 횡렬들의 냉각 홀들은 상기 환형 몸체의 중심 라인에 대한 접선 각도로 배향되는, 냉각 패턴.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들의 냉각 홀들의 각각에 있는 상기 냉각 홀들은 동일하게 이격되는, 냉각 패턴.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 세트 및 제 3 세트의 축방향으로 이격된 횡렬들의 냉각 홀들의 각각에는 동일 수의 냉각 홀들이 있는, 냉각 패턴.
  15. 연소 라이너의 일부에 증가한 냉각을 제공하는 방법으로서,
    상부 부분 및 하부 부분을 갖는 일반적인 환형 몸체를 제공하는 단계로서, 상기 연소 라이너가 가스 터빈 엔진에 설치될 때, 상기 하부 부분은 상기 가스 터빈 엔진의 중심 라인에 최인접하게 배치된 상기 연소 라이너의 섹션인, 상기 일반적인 환형 몸체를 제공하는 단계;
    상기 일반적인 환형 몸체의 상부 부분에 제 1 복수의 횡렬들의 냉각 홀들을 제공하는 단계;
    상기 하부 부분에 제 2 복수의 횡렬들의 냉각 홀들을 제공하는 단계로서, 상기 제 2 복수의 횡렬들은 상기 제 1 복수의 횡렬들과 축방향으로 정렬되는, 상기 제 2 복수의 횡렬들의 냉각 홀들을 제공하는 단계; 그리고
    상기 하부 부분에 제 3 복수의 횡렬들의 냉각 홀들을 제공하는 단계로서, 상기 제 3 복수의 횡렬들은 상기 제 2 복수의 횡렬들 사이에 배치되는, 상기 제 3 복수의 횡렬들의 냉각 홀들을 제공하는 단계;를 포함하고,
    상기 제 2 및 상기 제 3 복수의 횡렬들에 있는 상기 냉각 홀들은 상기 제 1 복수의 횡렬들에 있는 상기 냉각 홀들보다 인접한 거리로 함께 이격되어 있는, 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 및 상기 제 3 복수의 횡렬들의 냉각 홀들은 상기 일반적인 환형 몸체의 하부 부분을 가로질러 120도로 연장되는, 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 횡렬들, 상기 제 2 복수의 횡렬들 및 상기 제 3 복수의 횡렬들의 냉각 홀들은 상기 일반적인 환형 몸체의 축에 대한 표면 각도 뿐 아니라 접선 각도로 각각 배향되는, 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 횡렬들의 냉각 홀들은 제 1 거리로 동일하게 이격되고, 상기 제 2 복수의 횡렬들의 냉각 홀들은 제 2 거리로 동일하게 이격되고, 상기 제 3 복수의 횡렬들의 냉각 홀들은 제 3 거리로 동일하게 이격되는, 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 2 거리 및 상기 제 3 거리는 동일한, 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 거리는 상기 제 2 거리 또는 상기 제 3 거리보다 큰, 방법.
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