KR102382080B1 - 연소기용 노즐, 이를 포함하는 연소기, 및 가스 터빈 - Google Patents

연소기용 노즐, 이를 포함하는 연소기, 및 가스 터빈 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 연소기용 노즐은 내부에 연료가 이동하는 연료 통로가 형성된 메인 실린더, 상기 메인 실린더를 감싸는 노즐 슈라우드, 및 상기 메인 실린더와 상기 노즐 슈라우드 사이에 배치되어 연료를 분사하는 연료 분사 모듈을 포함하며, 상기 연료 분사 모듈은, 상기 연료 분사 모듈은, 상기 메인 실린더에서 돌출되며 연료를 분사하는 스트럿 분사홀을 갖는 복수의 제1 스트럿과, 상기 제1 스트럿들의 외측단에 결합된 제1 지지관과, 상기 제1 지지관에서 돌출되며 연료를 분사하는 스트럿 분사홀이 형성된 복수의 제2 스트럿들과, 상기 제2 스트럿들의 외측을 연결하는 제2 지지관을 포함하고, 상기 제1 지지관과 상기 제2 지지관 사이에는 전방으로 갈수록 유로의 면적이 점진적으로 감소하는 수축 영역과 유로 면적이 점진적으로 증가하는 확장 영역이 형성될 수 있다.

Description

연소기용 노즐, 이를 포함하는 연소기, 및 가스 터빈{NOZZLE FOR COMBUSTOR, COMBUSTOR, AND GAS TURBINE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 연소기용 노즐, 이를 포함하는 연소기, 및 가스 터빈에 관한 것이다.
가스 터빈은 압축기에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소시키고, 연소로 발생된 고온의 가스로 터빈을 회전시키는 동력 기관이다. 가스 터빈은 발전기, 항공기, 선박, 기차 등을 구동하는데 사용된다.
일반적으로 가스 터빈은 압축기, 연소기 및 터빈을 포함한다. 압축기는 외부 공기를 흡입하여 압축한 후 연소기로 전달한다. 압축기에서 압축된 공기는 고압 및 고온의 상태가 된다. 연소기는 압축기로부터 유입된 압축 공기와 연료를 혼합해서 연소시킨다. 연소로 인해 발생된 연소 가스는 터빈으로 배출된다. 연소 가스에 의해 터빈 내부의 터빈 블레이드가 회전하게 되며, 이를 통해 동력이 발생된다. 발생된 동력은 발전, 기계 장치의 구동 등 다양한 분야에 사용된다.
연료는 각 연소기 내에 설치된 노즐을 통해서 분사되며 기체 연료는 노즐 내부에서 미리 혼합되어 분사할 수 있다. NOx를 저감하기 위해서는 연료와 가스가 균일하게 혼합되어야 되어야 한다. 그러나 종래의 연소기 노즐은 연료와 공기가 균일하게 혼합되지 못하는 문제가 있었다.
상기한 바와 같은 기술적 배경을 바탕으로, 본 발명은 연료를 균일하게 분사할 수 있는 노즐, 이를 포함하는 연소기, 및 가스 터빈을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 연소기용 노즐은 내부에 연료가 이동하는 연료 통로가 형성된 메인 실린더, 상기 메인 실린더를 감싸는 노즐 슈라우드, 및 상기 메인 실린더와 상기 노즐 슈라우드 사이에 배치되어 연료를 분사하는 연료 분사 모듈을 포함하며, 상기 연료 분사 모듈은, 상기 메인 실린더에서 돌출되며 연료를 분사하는 스트럿 분사홀을 갖는 복수의 제1 스트럿들과, 상기 제1 스트럿들의 외측단에 결합된 제1 지지관과, 상기 제1 지지관에서 돌출되며 연료를 분사하는 스트럿 분사홀이 형성된 복수의 제2 스트럿들과, 상기 제2 스트럿들의 외측을 연결하는 제2 지지관을 포함하고, 상기 제1 지지관과 상기 제2 지지관 사이에는 전방으로 갈수록 유로의 면적이 점진적으로 감소하는 수축 영역과 유로 면적이 점진적으로 증가하는 확장 영역이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 스트럿 분사홀은 상기 수축 영역에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 제1 스트럿과 상기 제2 스트럿은 상기 메인 실린더의 길이방향에 대하여 경사지게 이어진 스월 안내부를 포함하며, 상기 제1 스트럿의 스월 안내부와 상기 제2 스트럿의 스월 안내부는 상기 메인 실린더의 길이방향에 대하여 서로 다른 각도로 경사지게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 제1 스트럿과 상기 제2 스트럿은 상기 메인 실린더의 길이방향으로 이어진 유입 안내부를 더 포함하고, 상기 제1 스트럿의 유입 안내부의 연장선과 상기 스월 안내부의 연장선이 이루는 예각인 제1 경사각은 상기 제2 스트럿의 유입 안내부의 연장선과 상기 스월 안내부의 연장선이 이루는 예각인 제2 경사각 보다 더 작게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 제1 지지관에는 연료를 분사하는 복수의 중간 분사홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 제1 지지관의 내부에는 둘레 방향으로 이어진 중간 전달 통로가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 제1 스트럿과 상기 제2 스트럿의 내부에는 상기 제1 스트럿의 높이 방향으로 이어진 스트럿 통로가 형성되고, 상기 중간 전달 통로는 상기 스트럿 통로와 연결될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 연료 분사 모듈은 상기 제2 지지관에서 돌출된 복수의 제3 스트럿들을 더 포함하며, 상기 제3 스트럿은 상기 메인 실린더의 길이방향에 대하여 경사지게 이어진 스월 안내부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 제1 스트럿, 상기 제2 스트럿, 및 상기 제3 스트럿은 상기 메인 실린더의 길이방향으로 이어진 유입 안내부를 더 포함하고, 상기 제1 스트럿의 유입 안내부의 연장선과 상기 스월 안내부의 연장선이 이루는 예각인 제1 경사각은 상기 제2 스트럿의 유입 안내부의 연장선과 상기 스월 안내부의 연장선이 이루는 예각인 제2 경사각 보다 더 작게 형성되고, 상기 제3 스트럿의 유입 안내부의 연장선과 상기 스월 안내부의 연장선이 이루는 예각인 제3 경사각은 상기 제1 경사각보다 더 크고, 상기 제2 경사각보다 더 작게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 연소기는 연료와 공기를 분사하는 복수의 노즐을 갖는 버너, 상기 버너의 일측에 결합되며 상기 연료와 상기 공기가 내부에서 연소되며 연소된 가스를 터빈으로 전달하는 덕트 조립체를 포함하며, 상기 노즐은, 내부에 연료가 이동하는 연료 통로가 형성된 메인 실린더와 상기 메인 실린더를 감싸는 노즐 슈라우드와 상기 메인 실린더와 상기 노즐 슈라우드 사이에 배치되어 연료를 분사하는 연료 분사 모듈을 포함하며, 상기 연료 분사 모듈은, 상기 메인 실린더에서 돌출되며 연료를 분사하는 스트럿 분사홀을 갖는 복수의 제1 스트럿들과, 상기 제1 스트럿들의 외측단에 결합된 제1 지지관과, 상기 제1 지지관에서 돌출되며 연료를 분사하는 스트럿 분사홀이 형성된 복수의 제2 스트럿들과, 상기 제2 스트럿들의 외측을 연결하는 제2 지지관을 포함하고, 상기 제1 지지관과 상기 제2 지지관 사이에는 전방으로 갈수록 유로의 면적이 점진적으로 감소하는 수축 영역과 유로 면적이 점진적으로 증가하는 확장 영역이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 스트럿 분사홀은 상기 수축 영역에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 제1 스트럿과 상기 제2 스트럿은 상기 메인 실린더의 길이방향에 대하여 경사지게 이어진 스월 안내부를 포함하며, 상기 제1 스트럿의 스월 안내부와 상기 제2 스트럿의 스월 안내부는 상기 메인 실린더의 길이방향에 대하여 서로 다른 각도로 경사지게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 가스 터빈은 외부에서 유입된 공기를 압축하는 압축기, 상기 압축기에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소하는 연소기, 및 상기 연소기에서 연소된 연소 가스에 의해 회전하는 복수의 터빈 블레이드를 포함하는 터빈을 포함하는 가스 터빈으로서, 상기 연소기는 연료와 공기를 분사하는 복수의 노즐을 갖는 버너, 상기 버너의 일측에 결합되며 상기 연료와 상기 공기가 내부에서 연소되며 연소된 가스를 터빈으로 전달하는 덕트 조립체를 포함하며, 상기 노즐은, 내부에 연료가 이동하는 연료 통로가 형성된 메인 실린더와 상기 메인 실린더를 감싸는 노즐 슈라우드와 상기 메인 실린더와 상기 노즐 슈라우드 사이에 배치되어 연료를 분사하는 연료 분사 모듈을 포함하며, 상기 연료 분사 모듈은, 상기 메인 실린더에서 돌출되며 연료를 분사하는 스트럿 분사홀을 갖는 복수의 제1 스트럿들과, 상기 제1 스트럿들의 외측단에 결합된 제1 지지관과, 상기 제1 지지관에서 돌출되며 연료를 분사하는 스트럿 분사홀이 형성된 복수의 제2 스트럿들과, 상기 제2 스트럿들의 외측을 연결하는 제2 지지관을 포함하고, 상기 제1 지지관과 상기 제2 지지관 사이에는 전방으로 갈수록 유로의 면적이 점진적으로 감소하는 수축 영역과 유로 면적이 점진적으로 증가하는 확장 영역이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 스트럿 분사홀은 상기 수축 영역에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 제1 스트럿과 상기 제2 스트럿은 상기 메인 실린더의 길이방향에 대하여 경사지게 이어진 스월 안내부를 포함하며, 상기 제1 스트럿의 스월 안내부와 상기 제2 스트럿의 스월 안내부는 상기 메인 실린더의 길이방향에 대하여 서로 다른 각도로 경사지게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 연소기용 노즐은 본 발명의 일 측면에 따른 연소기용 노즐은 연료 분사 모듈이 페그들과 지지관들을 구비하므로 연료와 공기를 효율적으로 혼합할 수 있을 뿐만 아니라, 제1 지지관과 제2 지지관 사이에 수축 영역과 확장 영역이 형성되므로 연료와 공기가 균일하게 혼합되고, 공기 및 연료의 유동이 안정화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 터빈의 내부가 도시된 도면이다.
도 2는 도 1의 연소기를 도시한 도면이다.
도 3는 본 발명의 제1 실시예에 따른 노즐을 길이방향으로 잘라 본 단면도이다.
도 4는 도 4에서 A1 구역을 확대하여 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 내측 튜브, 페그, 및 믹싱 바를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 믹싱 바를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비틀림 가이드를 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 분사 모듈을 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 분사 모듈을 잘라 본 부분 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스트럿들을 도시한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스트럿들을 도시한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 제1 지지관과 제2 지지관을 도시한 단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 터빈에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부가 도시된 도면이며, 도 2는 도 1의 연소기를 도시한 도면이다.
본 실시예를 따르는 가스 터빈(1000)의 열역학적 사이클은 이상적으로는 브레이튼 사이클(Brayton cycle)을 따를 수 있다. 브레이튼 사이클은 등엔트로피 압축(단열 압축), 정압 급열, 등엔트로피 팽창(단열 팽창), 정압 방열로 이어지는 4가지 과정으로 구성될 수 있다. 즉, 대기의 공기를 흡입하여 고압으로 압축한 후 정압 환경에서 연료를 연소하여 열에너지를 방출하고, 이 고온의 연소 가스를 팽창시켜 운동에너지로 변환시킨 후에 잔여 에너지를 담은 배기가스를 대기 중으로 방출할 수 있다. 즉, 압축, 가열, 팽창, 방열의 4 과정으로 사이클이 이루어질 수 있다.
위와 같은 브레이튼 사이클을 실현하는 가스 터빈(1000)은 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(1100), 연소기(1200) 및 터빈(1300)을 포함할 수 있다. 이하의 설명은 도 1을 참조하겠지만, 본 발명의 설명은 도 1에 예시적으로 도시된 가스 터빈(1000)과 동등한 구성을 가진 터빈 기관에 대해서도 폭넓게 적용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 가스 터빈(1000)의 압축기(1100)는 외부로부터 공기를 흡입하여 압축할 수 있다. 압축기(1100)는 압축기 블레이드(1130)에 의해 압축된 압축 공기를 연소기(1200)에 공급하고, 또한 가스 터빈(1000)에서 냉각이 필요한 고온 영역에 냉각용 공기를 공급할 수 있다. 이때, 흡입된 공기는 압축기(1100)에서 단열 압축 과정을 거치게 되므로, 압축기(1100)를 통과한 공기의 압력과 온도는 올라가게 된다.
압축기(1100)는 원심 압축기(centrifugal compressors)나 축류 압축기(axial compressor)로 설계되는데, 소형 가스 터빈에서는 원심 압축기가 적용되는 반면, 도 1에 도시된 것과 같은 대형 가스 터빈(1000)은 대량의 공기를 압축해야 하기 때문에 다단 축류 압축기(1100)가 적용되는 것이 일반적이다. 이때, 다단 축류 압축기(1100)에서는, 압축기(1100)의 블레이드(1130)는 로터 디스크의 회전에 따라 회전하여 유입된 공기를 압축하면서 압축된 공기를 후단의 압축기 베인(1140)으로 이동시킨다. 공기는 다단으로 형성된 블레이드(1130)를 통과하면서 점점 더 고압으로 압축된다.
압축기 베인(1140)은 하우징(1150)의 내부에 장착되며, 복수의 압축기 베인(1140)이 단을 형성하며 장착될 수 있다. 압축기 베인(1140)은 전단의 압축기 블레이드(1130)로부터 이동된 압축 공기를 후단의 블레이드(1130) 측으로 안내한다. 일 실시예에서 복수의 압축기 베인(1140) 중 적어도 일부는 공기의 유입량의 조절 등을 위해 정해진 범위 내에서 회전 가능하도록 장착될 수 있다.
압축기(1100)는 터빈(1300)에서 출력되는 동력의 일부를 사용하여 구동될 수 있다. 이를 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(1100)의 회전축과 터빈(1300)의 회전축은 직결될 수 있다. 대형 가스 터빈(1000)의 경우, 터빈(1300)에서 생산되는 출력의 거의 절반 정도가 압축기(1100)를 구동시키는데 소모될 수 있다. 따라서, 압축기(1100)의 효율을 향상시키는 것은 가스 터빈(1000)의 전체 효율을 향상시키는데 직접적인 영향을 미치게 된다.
터빈(1300)은 로터 디스크(1310)와 로터 디스크(1310)에 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 블레이드(1320)와 터빈 베인(1330)을 포함한다. 로터 디스크(1310)는 대략 원판 형태를 가지고 있고, 그 외주부에는 복수의 홈이 형성되어 있다. 홈은 굴곡면을 갖도록 형성되며 홈에 터빈 블레이드(1320)와 터빈 베인(1330)이 삽입된다. 터빈 블레이드(1320)는 도브테일 등의 방식으로 로터 디스크(1310)에 결합될 수 있다. 터빈 베인(1330)은 회전하지 않도록 고정되며 터빈 블레이드(1320)를 통과한 연소 가스의 흐름 방향을 안내한다. 터빈 블레이드(1320)는 연소가스에 의하여 회전하면서 회전력을 생성한다.
한편, 연소기(1200)는 압축기(1100)의 출구로부터 공급되는 압축 공기를 연료와 혼합하여 등압 연소시켜 높은 에너지의 연소 가스를 만들어 낼 수 있다.
도 2는 가스 터빈(1000)에 적용되는 연소기(1200)의 일례를 보여준다. 연소기(1200)는 연소기 케이싱(1210), 버너(1220), 및 덕트 조립체(1250)를 포함할 수 있다.
연소기 케이싱(1210)은 복수의 버너(1220)를 감싸며 대략 원통 형상으로 이루어질 수 있다. 버너(1220)는 압축기(1100)의 하류에 배치되며, 환형을 이루는 연소기 케이싱(1210)을 따라 배치될 수 있다. 각 버너(1220)에는 복수 개의 노즐(1400)이 구비되며, 이 노즐(1400)에서 분사되는 연료가 공기와 적절한 비율로 혼합되어 연소에 적합한 상태를 이루게 된다.
가스 터빈(1000)에는 가스 연료와 액체 연료, 또는 이들이 조합된 복합 연료가 사용될 수 있다. 법적 규제 대상이 되는 일산화탄소와 질소산화물 등의 배출가스 양을 저감하기 위한 연소 환경을 만드는 것이 중요한데, 연소 제어가 상대적으로 어렵기는 하지만 연소 온도를 낮추고 균일한 연소를 만들어 배출가스를 줄일 수 있다는 장점이 있어 근래에는 예혼합 연소가 많이 적용된다.
예혼합 연소의 경우에는 압축 공기가 노즐(1400)에서 미리 분사되는 연료와 혼합된 후 연소실(1240) 안으로 들어간다. 예혼합 가스의 최초 점화는 점화기를 이용하여 이루어지며, 이후 연소가 안정되면 연료와 공기를 공급하는 것으로 연소는 유지된다.
도 2를 참조하면, 버너(1220)와 터빈(1300) 사이를 연결하여 고온의 연소가스가 유동하는 덕트 조립체(1250)의 외면을 따라 압축공기가 흘러서 노즐(1400) 쪽으로 공급되며, 이 과정에서 고온의 연소가스에 의해 가열된 덕트 조립체(1250)가 적절히 냉각된다.
덕트 조립체(1250)는 라이너(1251), 트랜지션피스(1252), 및 유동 슬리브(1253)를 포함할 수 있다. 덕트 조립체(1250)는 라이너(1251)와 트랜지션피스(1252)의 바깥을 유동 슬리브(1253)가 감싸는 이중 구조로 이루어져 있으며, 압축공기는 유동 슬리브(1253) 안쪽에 형성된 냉각 통로(1257) 내부로 침투하여 라이너(1251)와 트랜지션피스(1252)를 냉각시킨다.
라이너(1251)는 연소기(1200)의 버너(1220)에 연결되는 관 부재로서, 라이너(1251) 내부의 공간이 연소실(1240)을 형성하게 된다. 라이너(1251)의 길이방향 일측 단부는 버너(1220)에 결합되고 라이너(1251)의 길이방향 타측 단부는 트랜지션피스(1252)에 결합된다.
그리고, 트랜지션피스(1252)는 터빈(1300)의 입구와 연결되어 고온의 연소가스를 터빈(1300)으로 유도하는 역할을 한다. 트랜지션피스(1252)의 길이방향 일측 단부는 라이너(1251)와 결합되고, 트랜지션피스(1252)의 길이방향 타측 단부는 터빈(1300)과 결합된다. 유동 슬리브(1253)는 라이너(1251)와 트랜지션피스(1252)를 보호하는 한편 고온의 열기가 외부로 직접 방출되는 것을 막아주는 역할을 한다.
덕트 조립체(1250)의 단부에는 노즐 케이싱(1260)이 결합 설치되고, 노즐 케이싱(1260)에는 노즐들(1400)을 지지하는 헤드 플레이트(1270)가 결합 설치된다.
노즐 케이싱(1260)은 대략 원형의 관으로 이루어지며, 복수의 노즐(1400)을 감싸도록 설치된다. 노즐 케이싱(1260)의 일측 단부는 덕트 조립체(1250)와 결합되고, 노즐 케이싱(1260)의 타측 단부는 노즐 케이싱(1260)의 후방에 설치된 헤드 플레이트(1270)와 결합된다. 노즐 케이싱(1260) 내부에는 복수의 노즐(1400)이 설치될 수 있으며, 노즐들(1400)은 노즐 케이싱(1260)의 둘레 방향을 따라 이격 배열될 수 있다.
헤드 플레이트(1270)는 원판 형상으로 이루어지며, 노즐 케이싱(1260)과 결합되어 노즐들(1400)을 지지한다. 헤드 플레이트(1270)에는 복수의 노즐들(1400)과 노즐들(1400)에 연료를 공급하는 연료 주입기가 설치될 수 있다. 헤드 플레이트(1270)에는 노즐을 지지하는 노즐 플랜지(1470)가 고정될 수 있다.
도 3는 본 발명의 제1 실시예에 따른 노즐을 길이방향으로 잘라 본 단면도이고, 도 4는 도 4에서 A1 구역을 확대하여 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 내측 튜브, 페그, 및 믹싱 바를 도시한 사시도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면, 노즐(1400)은 메인 실린더(1410)와 메인 실린더(1410)를 감싸는 노즐 슈라우드(1420), 메인 실린더(1410)과 노즐 슈라우드(1420) 사이에서 연료를 분사하는 연료 분사 모듈(1600), 메인 실린더(1410) 내부에 설치된 페그(1530)와 페그(1530)의 전방에 배치된 믹싱 바(1521)를 포함한다. 본 기재에서 전방과 후방은 노즐(1400) 내부에서 공기의 흐름 방향을 기준으로 한다.
메인 실린더(1410)와 노즐 슈라우드(1420)는 동축 구조로 이루어지며, 메인 실린더(1410) 내부에는 연료 및 공기가 공급된다. 노즐 슈라우드(1420)와 메인 실린더(1410) 사이의 공간에는 공기가 이동하는 제1 예혼합 통로(1451)가 형성되며, 제1 예혼합 통로(1451)에는 연료가 분사될 수 있다. 메인 실린더(1410)는 내측 튜브(1411)와 내측 튜브(1411)를 감싸는 외측 튜브(1412), 및 내측 튜브(1411) 및 외측 튜브(1412)에 결합되어 연료 분사 모듈(1600)에 연료를 공급하는 분배부재(1500)를 포함할 수 있다.
내측 튜브(1411)와 외측 튜브(1412) 사이에는 제2 예혼합 통로(1452)가 형성되고, 노즐 슈라우드(1420)와 메인 실린더(1410) 사이에는 제1 예혼합 통로(1451)가 형성된다. 내측 튜브(1411)의 내부에는 액체 연료가 공급되는 메인 연료 통로(1453)가 형성될 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 메인 연료 통로(1453)에는 기체 연료가 공급될 수도 있다. 메인 연료 통로(1453)의 앞부분에는 액체 연료의 분산을 위한 둔체가 설치될 수도 있다.
제1 예혼합 통로(1451)와 제2 예혼합 통로(1452)에는 공기가 유입되며, 노즐 슈라우드(1420) 및 외측 튜브(1412)의 후단에는 공기가 유입되는 유입구가 형성될 수 있다. 제1 예혼합 통로(1451)와 제2 예혼합 통로(1452)에는 기체 연료가 분사될 수 있다.
내측 튜브(1411)의 후단은 노즐 플랜지(1470)에 연결되어 노즐 플랜지(1470)로부터 연료를 공급받는다. 내측 튜브(1411)의 내부에는 연료 분사 모듈(1600)에 연료를 공급하는 제1 연료 통로(1541)와 페그(1530) 내부로 연료를 공급하는 제2 연료 통로(1543)가 형성될 수 있다.
내측 튜브(1411)의 내부에는 복수의 제1 연료 통로(1541)와 제2 연료 통로(1543)가 형성될 수 있으며, 제1 연료 통로(1541)와 제2 연료 통로(1543)는 제1 가이드관(1510)의 둘레 방향으로 이격 배치된다.
페그(1530)와 믹싱 바(1521)는 메인 실린더(1410) 내부에 설치되는데, 보다 상세하게는 내측 튜브(1411)와 외측 튜브(1512) 사이에 설치될 수 있다. 페그(1530)는 내측 튜브(1411)와 외측 튜브(1412) 사이의 공간으로 연료를 분사하며, 공기의 유동을 안내한다.
페그(1530)의 내부에는 연료 분사 모듈(1600)에 연료를 공급하는 연결 통로(1531)와 페그(1530)에 형성된 베인 분사홀(1533)에 연료를 공급하는 분사 통로(1532)가 형성된다. 연결 통로(1531)와 분사 통로(1532)는 분리되어 연결 통로(1531)의 연료와 분사 통로(1532)의 연료가 혼합되지 않는다. 분사 통로(1532)는 연결 통로(1531)보다 더 후방에 위치할 수 있다.
믹싱 바(1521)는 내측 튜브(1411)와 외측 튜브(1412) 사이에서 페그(1530)의 전방에 위치한다. 이에 따라 페그(1530)에서 분사된 연료와 함께 공기가 믹싱 바(1521)로 유입된다. 믹싱 바(1521)는 길게 이어진 직사각형의 판 형상으로 이루어지며, 믹싱 바(1521)의 중심축(X11)을 기준으로 비틀려진 구조로 이루어진다. 믹싱 바(1521)는 90도 내지 720도로 비틀려질 수 있다. 이에 따라 믹싱 바(1521)의 측단은 나선방향으로 이어진다.
메인 실린더(1410) 내에는 믹싱 바(1521) 사이에 위치하는 비틀림 가이드(1522)가 설치된다. 비틀림 가이드(1522)는 페그(1530) 사이의 공간의 전방에 위치할 수 있다. 비틀림 가이드(1522)는 길게 이어진 직사각형의 판 형상으로 이루어지며, 비틀림 가이드(1522)의 중심축(X12)을 기준으로 꼬여진 구조로 이루어진다. 비틀림 가이드(1522)는 90도 내지 720도로 비틀려질 수 있다. 이에 따라 비틀림 가이드(1522)의 측단은 나선방향으로 이어진다.
믹싱 바(1521)와 비틀림 가이드(1522)는 메인 실린더(1410)의 둘레 방향을 따라 교대로 배열되며, 믹싱 바(1521)와 비틀림 가이드(1522)는 연료의 효율적인 혼합을 위해서 측부분이 중첩되도록 배치될 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 믹싱 바(1521)와 비틀림 가이드(1522)는 간격을 두고 이격 배치될 수도 있다. 또한, 믹싱 바(1521)와 비틀림 가이드(1522)는 동일한 방향으로 비틀려질 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이 믹싱 바(1521)는 비틀려진 트위스트부(1521a)와 트위스트부(1521a)의 전방에 고정된 제1 평판부(1521b)를 포함한다. 트위스트부(1521a)의 후단은 페그(1530)의 선단에 고정되어 믹싱 바(1521)는 페그(1530)에서 분사된 연료와 공기는 혼합한다. 제1 평판부(1521b)는 메인 실린더(1410)의 반경 방향과 평행하게 배치되며, 이에 따라 제1 평판부(1521b)의 내측단은 내측 튜브(1411)에 고정되고, 제1 평판부(1521b)의 외측단은 외측 튜브(1512)에 고정될 수 있다.
트위스트부(1521a)는 페그(1530)와 연결된 부분에서 180도 회전된 제1 구간(S11)과 제1 구간(S11)의 선단에서 180도 회전된 제2 구간(S12)을 포함하고, 제2 구간(S12)의 길이는 제1 구간(S11)의 길이보다 더 길게 형성될 수 있다. 제2 구간(S12)에서 트위스트부(1541a)는 전방으로 갈수록 점점 더 펴지도록 형성될 수 있다.
이에 따라 믹싱 바(1521)에서 연료와 공기는 제1 구간(S11)에서 강하게 회전력을 얻으면서 혼합되고, 제2 구간(S12)에서도 회전력을 얻지만 제1 구간(S11)에 비하여 전방으로 이동하는 속도가 증가되고 회오리가 퍼지면서 공기가 더 많이 포함된 비틀림 가이드(1522)의 회오리와 혼합되어 연료와 공기가 더욱 균일하게 혼합될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 비틀림 가이드(1522)는 비틀려진 트위스트부(1522a)와 트위스트부(1522a)의 전방에 고정된 제1 평판부(1522b)와 트위스트부(1522a)의 후방에 고정된 제2 평판부(1522c)를 포함한다. 제1 평판부(1522b)와 제2 평판부(1522c)는 평편한 판 형상으로 이루어지며, 트위스트부(1522a)를 사이에 두고 이격된다. 트위스트부(1522a)는 납작한 막대가 꼬여진 구조로 이루어진다.
제1 평판부(1522b)와 제2 평판부(1522c)는 메인 실린더(1410)의 반경 방향과 평행하게 배치될 수 있다. 이를 위해서 트위스트부(1522a)는 360도로 비틀려질 수 있다. 제1 평판부(1522b)와 제2 평판부(1522c)가 메인 실린더(1410)의 반경 방향으로 배치되면 제1 평판부(1522b)와 제2 평판부(1522c)가 내측 튜브(1411) 및 내측 튜브(1411)에 안정적으로 고정될 수 있다.
트위스트부(1522a)는 제2 평판부(1522c)에서 180도 회전된 제1 구간(S21)과 제1 구간(S21)의 전방에서 180도 회전된 제2 구간(S22)을 포함하고, 제2 구간(S22)의 길이는 제1 구간(S21)의 길이보다 더 길게 형성될 수 있다. 제2 구간(S22)에서 트위스트부(1522a)는 전방으로 갈수록 점점 더 펴지도록 형성될 수 있다. 비틀림 가이드(1522)의 트위스트부(1522a)는 믹싱 바의 트위스트부(1541a)와 동일한 구조로 이루어진다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 분사 모듈을 도시한 사시도이다.
도 4, 및 도 8을 참조하여 설명하면, 연료 분사 모듈(1600)은 메인 실린더(1410)와 연결되며, 제1 예혼합 통로(1451)에 연료를 분사한다. 연료 분사 모듈(1600)의 외측단은 노즐 슈라우드(1420)에 끼움되고, 연료 분사 모듈(1600)의 내측단은 외측 튜브(1412)에 끼움된다. 연료 분사 모듈(1600)은 제1 스트럿(1621), 제2 스트럿(1622), 제3 스트럿(1623), 내측 지지관(1611), 제1 지지관(1612), 제2 지지관(1613), 및 외측 지지관(1614)을 포함할 수 있다.
내측 지지관(1611)은 외측 튜브(1512)와 결합되며, 내측 지지관(1611)에는 연료가 유입되는 복수의 도입구(1680)가 형성될 수 있다. 도입구(1680)는 내측 지지관(1611)의 둘레 방향으로 이격된다. 내측 지지관(1611)과 외측 튜브(1512) 사이에는 외측 튜브(1512)의 둘레방향으로 이어진 분배 통로(1651)가 형성되고 도입구(1680)는 분배 통로(1651)와 연결된다.
제1 지지관(1612)은 제1 스트럿(1621)들의 외측단과 결합되어 제1 스트럿(1621)들을 지지한다. 내측 지지관(1611)과 제1 지지관(1612)은 원형의 고리 형상으로 이루어지며 동축 구조로 배치될 수 있다.
제1 지지관(1612)의 내부에는 둘레 방향으로 이어진 중간 전달 통로(1652)가 형성되고 중간 전달 통로(1652)는 제1 스트럿(1621)의 내부에 형성된 스트럿 통로(1671)와 연결되어 제1 스트럿(1621)에서 연료를 전달 받는다. 또한, 중간 전달 통로(1652)는 제2 스트럿(1622)의 내부에 형성된 스트럿 통로(1672)와 연결되어 제2 스트럿(1622)으로 연료를 전달한다. 제1 지지관(1612)의 내면과 외면에는 연료를 분사하는 복수의 중간 분사홀(1630)이 형성되며, 중간 분사홀(1630)은 중간 전달 통로(1652)와 연결된다.
제2 지지관(1613)은 제2 스트럿(1622)들의 외측단과 결합되어 제2 스트럿(1622)들을 지지한다. 제2 지지관(1613)과 제1 지지관(1612)은 원형의 고리 형상으로 이루어지며 동축 구조로 배치될 수 있다.
제2 지지관(1613)의 내부에는 둘레 방향으로 이어진 중간 전달 통로(1653)가 형성되고 중간 전달 통로(1653)는 제2 스트럿(1622)의 내부에 형성된 스트럿 통로(1672)와 연결되어 제2 스트럿(1622)에서 연료를 전달 받는다. 또한, 중간 전달 통로(1653)는 제3 스트럿(1623)의 내부에 형성된 스트럿 통로(1673)와 연결되어 제3 스트럿(1623)으로 연료를 전달한다. 제2 지지관(1613)의 내면과 외면에는 연료를 분사하는 복수의 중간 분사홀(1630)이 형성되며, 중간 분사홀(1630)은 중간 전달 통로(1653)와 연결된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제1 지지관(1612)과 제2 지지관(1613)은 외면이 볼록하게 만곡된 구조로 이루어지며, 폭방향 외측에서 중앙으로 갈수록 두께(T1)가 점진적으로 증가하도록 형성된다. 이에 따라 제1 지지관(1612)과 제2 지지관(1613) 사이에는 전방으로 갈수록 유로의 면적이 점진적으로 감소하는 수축 영역(CS)과 유로 면적이 점진적으로 증가하는 확장 영역(DS)이 형성된다. 스트럿 분사홀(1640)은 수축 영역(CS)에 위치할 수 있다.
이에 따라 제1 지지관(2612)과 제2 지지관(2613)을 통과하는 공기 및 연료의 유동이 안정화될 수 있다. 또한, 링 형상으로 이루어진 제1 지지관(2612)과 제2 지지관(2613)의 내부에 중간 전달 통로(2621)를 형성하더라도 제1 지지관(2612)과 제2 지지관(2613)이 유동을 방해하는 것을 최소화할 수 있다.
외측 지지관(1614)은 제3 스트럿(1623)들의 외측단과 결합되어 제3 스트럿(1623)들을 지지한다. 외측 지지관(1614)은 원형의 고리 형상으로 이루어지며 노즐 슈라우드(1420)에 끼워져 노즐 슈라우드(1420)를 구성한다.
외측 지지관(1614)의 내부에는 둘레 방향으로 이어진 외측 전달 통로(1654)가 형성되고 외측 전달 통로(1654)는 제3 스트럿(1623)의 내부에 형성된 스트럿 통로(1673)와 연결되어 제3 스트럿(1623)에서 연료를 전달 받는다. 외측 지지관(1614)의 내면에는 연료를 분사하는 복수의 외측 분사홀(1632)이 형성되며, 외측 분사홀(1632)은 외측 전달 통로(1654)와 연결된다.
외측 지지관(1614)은 노즐 슈라우드(1420)의 일부를 이루므로, 외측 전달 통로(1654)와 외측 분사홀(1632)은 노즐 슈라우드(1420)에 형성되고, 외측 지지관(1614)을 통해서 노즐 슈라우드(1420)가 제1 예혼합 통로(1451)에 연료를 분사할 수 있다.
제1 스트럿(1621)은 메인 실린더(1410)에서 돌출되며 연료를 분사하는 스트럿 분사홀(1640)을 갖는다. 보다 상세하게 제1 스트럿(1621)은 메인 실린더(1410)를 구성하는 내측 지지관(1611)에서 돌출된다. 제1 스트럿(1621)의 내부에는 스트럿 통로(1671)가 형성되며, 스트럿 통로(1671)는 외측 지지관(1614) 및 제1 지지관(1612), 및 스트럿 분사홀(1640)과 연결된다. 제1 스트럿(1621)은 내측 지지관(1611)과 제1 지지관(1612) 사이에 위치한다.
제2 스트럿(1622)은 제1 지지관(1612)에서 돌출되며 연료를 분사하는 스트럿 분사홀(1640)을 갖는다. 제2 스트럿(1622)의 내부에는 스트럿 통로(1672)가 형성되며, 스트럿 통로(1672)는 제1 지지관(1612) 및 제2 지지관(1613), 및 스트럿 분사홀(1640)과 연결된다. 제2 스트럿(1622)은 제1 지지관(1612)과 제2 지지관(1613) 사이에 위치한다.
제3 스트럿(1623)은 제2 지지관(1613)에서 돌출되며, 연료를 분사하는 스트럿 분사홀(1640)을 갖는다. 제3 스트럿(1623)의 내부에는 스트럿 통로(1673)가 형성되며, 스트럿 통로(1673)는 제2 지지관(1613) 및 외측 지지관(1614), 및 스트럿 분사홀(1640)과 연결된다.
제3 스트럿(1623)은 제2 지지관(1613)과 외측 지지관(1614) 사이에 위치한다. 제2 스트럿(1622)은 제1 스트럿(1621)보다 더 외측에 위치하며, 제3 스트럿(1623)는 제2 스트럿(1622)보다 더 외측에 위치한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제1 스트럿(1621), 제2 스트럿(1622), 및 제3 스트럿(1623)은 메인 실린더(1410)의 길이방향으로 이어진 유입 안내부(SP11)과 메인 실린더(1410)의 길이방향에 대하여 경사지게 이어진 스월 안내부(SP12)와 유입 안내부(SP11)와 스월 안내부(SP12)를 연결하며 호형으로 이어진 연결 안내부(SP13)를 포함할 수 있다. 유입 안내부(SP11)는 스트럿들(1621, 1622, 1623)로 유입되는 유동을 균일화하고, 스월 안내부(SP12)는 연료와 혼합된 공기를 메인 실린더(1410)의 둘레 방향으로 회전하도록 유도하여 스월을 형성한다.
혼합의 효율 향상을 위해서 제1 스트럿(1621), 제2 스트럿(1622), 및 제3 스트럿(1623)에서 경사진 부분의 스월 앵글은 서로 다르게 형성될 수 있다. 제1 스트럿(1621)의 유입 안내부(SP11)의 연장선(L11)과 스월 안내부(SP12)의 연장선(L12)이 이루는 예각인 제1 경사각(A11)은 제2 스트럿(1622)의 유입 안내부(SP11)의 연장선(L11)과 스월 안내부(SP12)의 연장선(L13)이 이루는 예각인 제2 경사각(A12) 보다 더 작게 형성된다. 또한, 제3 스트럿(1623)의 유입 안내부(SP11)의 연장선(L11)과 스월 안내부(SP12)의 연장선(L14)이 이루는 예각인 제3 경사각(A13)은 제1 경사각(A11)보다 더 크고, 제2 경사각(A12)보다 더 작게 형성된다. 여기서, 제1 경사각(A11)은 22도 내지 28도로 이루어질 수 있으며, 제2 경사각(A12)은 45도 내지 48도로 이루어질 수 있으며, 제3 경사각(A13)은 39도 내지 43도로 이루어질 수 있다.
이에 따라 내측에 위치한 스트럿(1621)의 스월 경사각(A11)이 가장 작고, 중앙에 위치한 스트럿(1622)의 스월 경사각(A12)이 가장 크게 형성되고, 외측에 위치한 스트럿(1623)의 스월 경사각(A13)은 중간 값을 이루므로 내측의 연료와 외측의 연료가 균일하게 혼합되어 연료와 공기의 혼합 효율이 향상되고, 질소산화물 배출이 감소할 수 있다. 일반적으로 관 내부에서의 유동 분포는 마찰에 의하여 내측과 외측의 유동 속도가 가장 작고, 중간 부분의 유동 속도가 가장 크다. 그러나 본 실시예와 같이 제2 경사각(A12)의 크기를 가장 크게 형성하면, 속도가 가장 큰 부분에서 큰 스월을 형성하므로 공기와 연료가 용이하게 혼합될 수 있을 뿐만 아니라, 중앙 부분에서 길이방향 유속을 감소시켜서 전체적인 유속의 균일화를 이룰 수 있다.
본 제1 실시예와 같이 페그(1530)의 전방에 믹싱 바(1521)가 설치되면 페그(1530)에서 분사된 연료와 공기가 믹싱 바(1521)에 의하여 효율적으로 혼합될 수 있다. 또한 믹싱 바(1521) 사이에 비틀림 가이드가 설치되므로 믹싱 바(1521)와 비틀림 가이드(1522)에 의하여 연료와 공기가 더욱 균일하게 혼합될 수 있다.
또한, 연료 분사 모듈(1600)이 복수의 스트럿들(1621, 1622, 1623)과 지지관들(1611, 1612, 1613, 1614)을 포함하고, 스트럿들(1621, 1622, 1623)과 지지관들(1611, 1612, 1613, 1614)을 통해서 연료가 분사되므로 제1 예혼합 통로(1451) 내부에 균일하게 연료가 분사될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 터빈에 대해서 설명한다. 도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스트럿들을 도시한 단면도이다.
도 11을 참조하여 설명하면, 본 제2 실시예에 따른 가스 터빈은 스트럿들(2621, 1622, 1623)을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 가스 터빈과 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
제1 스트럿(2621), 제2 스트럿(2622), 및 제3 스트럿(2623)은 메인 실린더의 길이방향으로 이어진 유입 안내부(SP21)과 메인 실린더(2410)의 길이방향에 대하여 경사지게 이어진 스월 안내부(SP22)와 유입 안내부(SP21)와 스월 안내부(SP22)를 연결하며 호형으로 이어진 연결 안내부(SP23)를 포함할 수 있다. 유입 안내부(SP21)는 스트럿들(2621, 1622, 1623)로 유입되는 유동을 균일화하고, 스월 안내부(SP22)는 연료와 혼합된 공기를 메인 실린더의 둘레 방향으로 회전하도록 유도하여 스월을 형성한다.
혼합의 효율 향상을 위해서 제1 스트럿(2621), 제2 스트럿(2622), 및 제3 스트럿(2623)에서 경사진 부분의 스월 앵글은 서로 다르게 형성될 수 있다. 제1 스트럿(2621)의 스월 안내부(SP22)와 제3 스트럿(2623)의 스월 안내부(SP22)의 연장선(L22)이 유입 안내부(SP21)의 연장선(L21)과 경사각(A21)은 동일하게 형성되며, 제2 스트럿(2622)의 유입 안내부(SP21)의 연장선(L23)이 유입 안내부(SP21)의 연장선(L21)과 이루는 경사각(A22)은 제1 스트럿(2621)의 스월 안내부(SP22)와 유입 안내부(SP21)의 연장선(L21)이 이루는 경사각보다 더 크게 형성될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 터빈에 대해서 설명한다. 도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 제1 지지관과 제2 지지관을 도시한 단면도이다.
도 12를 참조하여 설명하면, 본 제3 실시예에 따른 가스 터빈은 제1 지지관과 제2 지지관을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 가스 터빈과 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
제1 지지관(3612)은 원형의 고리 형상으로 이루어지며 메인 실린더를 감싸도록 설치된다. 제1 지지관(3612)의 내부에는 둘레 방향으로 이어진 중간 전달 통로(3652)가 형성되고, 제1 지지관(3612)의 내면과 외면에는 연료를 분사하는 복수의 중간 분사홀(3630)이 형성되며, 중간 분사홀(3630)은 중간 전달 통로(3652)와 연결된다.
제2 지지관(3613)은 원형의 고리 형상으로 이루어지며 제1 지지관(3612)과 동축 구조로 배치될 수 있다. 제2 지지관(3613)의 내부에는 둘레 방향으로 이어진 중간 전달 통로(3653)가 형성되고 제2 지지관(3613)의 내면과 외면에는 연료를 분사하는 복수의 중간 분사홀(3630)이 형성되며, 중간 분사홀(3630)은 중간 전달 통로(3653)와 연결된다.
제1 지지관(3612)의 후단에는 외측으로 점진적으로 확장된 나팔관부(3612a)가 형성되며, 제2 지지관(3613)의 후단에는 외측으로 확장된 나팔관부(3613a)가 형성될 수 있다. 이러한 나팔관부(3612a, 3613a)는 상대적으로 연료가 희박한 외측 영역에 더 많은 유동을 공급하여 노즐 내부에 전체적으로 균일한 연료를 공급할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 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.
1000: 가스 터빈 1100: 압축기
1130: 압축기 블레이드 1140: 압축기 베인
1150: 하우징 1200: 연소기
1210: 연소기 케이싱 1220: 버너
1240: 연소실 1250: 덕트 조립체
1251: 라이너 1252: 트랜지션피스
1253: 유동 슬리브 1260: 노즐 케이싱
1270: 헤드 플레이트 1300: 터빈
1310: 로터 디스크 1320: 터빈 블레이드
1330: 터빈 베인 1400: 노즐
1410: 메인 실린더 1411: 내측 튜브
1412: 외측 튜브 1420: 노즐 슈라우드
1451: 제1 예혼합 통로 1452: 제2 예혼합 통로
1453: 메인 연료 통로 1470: 노즐 플랜지
1530: 페그 1521: 믹싱 바
1522: 비틀림 가이드 1523: 보조 가이드
1600: 연료 분사 모듈 1621, 2621: 제1 스트럿
1622, 2622: 제2 스트럿 1623, 2623: 제3 스트럿
1611: 내측 지지관 1612, 3612: 제1 지지관
1613, 3613: 제2 지지관 1614: 외측 지지관
1630, 3630: 중간 분사홀 1631: 내측 분사홀
1632: 외측 분사홀 1640: 스트럿 분사홀
1651: 분배 통로 1654: 외측 전달 통로
1652, 1653, 3652, 3653: 중간 전달 통로
1671, 1672, 1673: 스트럿 통로

Claims (15)

  1. 내부에 연료가 이동하는 연료 통로가 형성된 메인 실린더;
    상기 메인 실린더를 감싸는 노즐 슈라우드; 및
    상기 메인 실린더와 상기 노즐 슈라우드 사이에 배치되어 연료를 분사하는 연료 분사 모듈;
    을 포함하며,
    상기 연료 분사 모듈은, 상기 메인 실린더에서 돌출되며 연료를 분사하는 스트럿 분사홀을 갖는 복수의 제1 스트럿들과, 상기 제1 스트럿들의 외측단에 결합된 제1 지지관과, 상기 제1 지지관에서 돌출되며 연료를 분사하는 스트럿 분사홀이 형성된 복수의 제2 스트럿들과, 상기 제2 스트럿들의 외측을 연결하는 제2 지지관을 포함하고,
    상기 제1 지지관과 상기 제2 지지관 사이에는 전방으로 갈수록 유로의 면적이 점진적으로 감소하는 수축 영역과 유로 면적이 점진적으로 증가하는 확장 영역이 형성된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 스트럿 분사홀은 상기 수축 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 스트럿과 상기 제2 스트럿은 상기 메인 실린더의 길이방향에 대하여 경사지게 이어진 스월 안내부를 포함하며,
    상기 제1 스트럿의 스월 안내부와 상기 제2 스트럿의 스월 안내부는 상기 메인 실린더의 길이방향에 대하여 서로 다른 각도로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 스트럿과 상기 제2 스트럿은 상기 메인 실린더의 길이방향으로 이어진 유입 안내부를 더 포함하고,
    상기 제1 스트럿의 유입 안내부의 연장선과 상기 스월 안내부의 연장선이 이루는 예각인 제1 경사각은 상기 제2 스트럿의 유입 안내부의 연장선과 상기 스월 안내부의 연장선이 이루는 예각인 제2 경사각 보다 더 작게 형성된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 지지관에는 연료를 분사하는 복수의 중간 분사홀이 형성된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 지지관의 내부에는 둘레 방향으로 이어진 중간 전달 통로가 형성된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 스트럿과 상기 제2 스트럿의 내부에는 상기 제1 스트럿의 높이 방향으로 이어진 스트럿 통로가 형성되고, 상기 중간 전달 통로는 상기 스트럿 통로와 연결된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.
  8. 제3 항에 있어서,
    상기 연료 분사 모듈은 상기 제2 지지관에서 돌출된 복수의 제3 스트럿들을 더 포함하며,
    상기 제3 스트럿은 상기 메인 실린더의 길이방향에 대하여 경사지게 이어진 스월 안내부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 스트럿, 상기 제2 스트럿, 및 상기 제3 스트럿은 상기 메인 실린더의 길이방향으로 이어진 유입 안내부를 더 포함하고,
    상기 제1 스트럿의 유입 안내부의 연장선과 상기 스월 안내부의 연장선이 이루는 예각인 제1 경사각은 상기 제2 스트럿의 유입 안내부의 연장선과 상기 스월 안내부의 연장선이 이루는 예각인 제2 경사각 보다 더 작게 형성되고, 상기 제3 스트럿의 유입 안내부의 연장선과 상기 스월 안내부의 연장선이 이루는 예각인 제3 경사각은 상기 제1 경사각보다 더 크고, 상기 제2 경사각보다 더 작게 형성된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.
  10. 연료와 공기를 분사하는 복수의 노즐을 갖는 버너, 상기 버너의 일측에 결합되며 상기 연료와 상기 공기가 내부에서 연소되며 연소된 가스를 터빈으로 전달하는 덕트 조립체를 포함하며,
    상기 노즐은, 내부에 연료가 이동하는 연료 통로가 형성된 메인 실린더와 상기 메인 실린더를 감싸는 노즐 슈라우드와 상기 메인 실린더와 상기 노즐 슈라우드 사이에 배치되어 연료를 분사하는 연료 분사 모듈을 포함하며,
    상기 연료 분사 모듈은, 상기 메인 실린더에서 돌출되며 연료를 분사하는 스트럿 분사홀을 갖는 복수의 제1 스트럿들과, 상기 제1 스트럿들의 외측단에 결합된 제1 지지관과, 상기 지지관에서 돌출되며 연료를 분사하는 스트럿 분사홀이 형성된 복수의 제2 스트럿들과, 상기 제2 스트럿들의 외측을 연결하는 제2 지지관을 포함하고,
    상기 제1 지지관과 상기 제2 지지관 사이에는 전방으로 갈수록 유로의 면적이 점진적으로 감소하는 수축 영역과 유로 면적이 점진적으로 증가하는 확장 영역이 형성된 것을 특징으로 하는 연소기.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 스트럿 분사홀은 상기 수축 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 연소기.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 스트럿과 상기 제2 스트럿은 상기 메인 실린더의 길이방향에 대하여 경사지게 이어진 스월 안내부를 포함하며,
    상기 제1 스트럿의 스월 안내부와 상기 제2 스트럿의 스월 안내부는 상기 메인 실린더의 길이 방향에 대하여 서로 다른 각도로 경사지게 형성된 것을 것을 특징으로 하는 연소기.
  13. 외부에서 유입된 공기를 압축하는 압축기, 상기 압축기에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소하는 연소기 및 상기 연소기에서 연소된 연소 가스에 의해 회전하는 복수의 터빈 블레이드를 포함하는 터빈을 포함하는 가스 터빈으로서,
    상기 연소기는 연료와 공기를 분사하는 복수의 노즐을 갖는 버너, 상기 버너의 일측에 결합되며 상기 연료와 상기 공기가 내부에서 연소되며 연소된 가스를 터빈으로 전달하는 덕트 조립체를 포함하며,
    상기 노즐은, 내부에 연료가 이동하는 연료 통로가 형성된 메인 실린더와 상기 메인 실린더를 감싸는 노즐 슈라우드와 상기 메인 실린더와 상기 노즐 슈라우드 사이에 배치되어 연료를 분사하는 연료 분사 모듈을 포함하며,
    상기 연료 분사 모듈은, 상기 메인 실린더에서 돌출되며 연료를 분사하는 스트럿 분사홀을 갖는 복수의 제1 스트럿들과, 상기 제1 스트럿들의 외측단에 결합된 제1 지지관과, 상기 지지관에서 돌출되며 연료를 분사하는 스트럿 분사홀이 형성된 복수의 제2 스트럿들과, 상기 제2 스트럿들의 외측을 연결하는 제2 지지관을 포함하고,
    상기 제1 지지관과 상기 제2 지지관 사이에는 전방으로 갈수록 유로의 면적이 점진적으로 감소하는 수축 영역과 유로 면적이 점진적으로 증가하는 확장 영역이 형성된 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 스트럿 분사홀은 상기 수축 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 스트럿과 상기 제2 스트럿은 상기 메인 실린더의 길이방향에 대하여 경사지게 이어진 스월 안내부를 포함하며,
    상기 제1 스트럿의 스월 안내부와 상기 제2 스트럿의 스월 안내부는 상기 메인 실린더의 길이 방향에 대하여 서로 다른 각도로 경사지게 형성된 것을 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
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