KR102452772B1 - 가스 터빈의 연료 노즐 및 연소기 및 가스 터빈 - Google Patents

가스 터빈의 연료 노즐 및 연소기 및 가스 터빈 Download PDF

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Abstract

가스 터빈의 연료 노즐은 노즐 본체와, 상기 노즐 본체의 축방향을 따라서 연장되고, 상기 노즐 본체의 둘레방향을 따라서 배열되고, 중심축이 상기 노즐 본체의 축방향에 있어서의 하류측을 향함에 따라서 상기 노즐 본체의 중심축을 향해 경사져 있는 복수의 노즐 구멍과, 상기 노즐 본체의 축방향을 따라서 연장되고, 상기 복수의 노즐 구멍에 접속되어서 연료를 공급하는 연료 공급로가 되는 복수의 연료 공급 구멍을 구비한 가스 터빈의 확산 연소식의 연료 노즐에 있어서, 상기 복수의 노즐 구멍의 각각은 상기 노즐 본체의 축방향에 있어서의 하류측의 단부에 연료를 분사하기 위한 분사구를 갖고, 상기 복수의 노즐 구멍의 각각을 상기 분사구에 있어서의 상기 노즐 구멍의 중심축의 위치에 있어서 상기 노즐 구멍의 중심축에 직교하는 투영면에 투영하였을 때, 상기 투영면에 있어서, 상기 노즐 구멍은 상기 노즐 구멍의 도심을 중심으로 하고, 해당 투영면에 있어서의 상기 노즐 구멍의 면적과 동등한 면적을 갖는 가상 원으로부터, 상기 노즐 본체의 반경방향 내측으로 일탈하는 형상을 갖는다.

Description

가스 터빈의 연료 노즐 및 연소기 및 가스 터빈
본 개시는 가스 터빈의 연료 노즐 및 연소기 및 가스 터빈에 관한 것이다.
석탄 가스화 가스 등의 가스를 연료로 하는 가스 터빈에 있어서, 연소기 내에서 연료와 공기를 확산 혼합하여 확산 연소시키기 위한 확산 연소식의 연료 노즐이 이용되는 것이 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, 가스화 연료를 메인 연료로 하는 가스 터빈 연소기에 있어서, 연료를 연소기 라이너 내에 분출하고, 연소용 공기와 함께 확산 연소시키기 위한 연료 노즐이 개시되어 있다.
일본 특허 공표 제 2010-506131 호 공보
그런데, 확산 연소식의 연료 노즐에 있어서, 연료 유량의 증대에 대응시키기 위해, 노즐 구멍의 단면적을 확대하고 싶은 경우가 있다.
본 명세서에서, 전형적인 연료 노즐에서는, 노즐 본체(노즐 홀더)에, 해당 노즐 본체의 축방향으로 연장되는 복수의 노즐 구멍이 형성되고, 이러한 복수의 노즐 구멍은 노즐 본체의 둘레방향으로 배열되도록 마련된다. 그리고, 각 노즐 구멍은 진원 형상의 단면(구멍축 직교 단면)을 갖는 동시에, 노즐 본체의 축방향에 있어서, 하류측을 향함에 따라 노즐 본체의 중심축에 가까워지도록 경사져 있다.
이러한 연료 노즐에 있어서, 노즐 본체의 직경(사이즈)을 크게 하면, 이에 대응하여 노즐 구멍 직경도 확대될 수 있다고 생각되지만, 노즐 본체의 직경이나 노즐 구멍의 경사 방향을 변화시키는 것은, 연소기의 연소 특성을 변화시켜 버리기 때문에 바람직하지 않은 경우가 있다.
또한, 연소기의 연소 특성을 바꾸지 않게 하기 위해, 노즐 본체의 직경 및 노즐 구멍의 경사 방향을 바꾸지 않고, 단면 형상이 진원인 채 노즐 구멍의 직경을 확대하면, 이웃하는 노즐 구멍 사이의 간격이 작아지고, 특히, 연료 노즐의 하류단부에 있어서, 이웃하는 노즐 구멍 사이의 두께의 확보가 어려워지는 경우가 있다.
이 점, 특허문헌 1에는, 애초에 노즐 구멍의 형상에 대해서 구체적으로 개시되어 있지 않고, 연소기의 연소 특성을 유지하면서, 연료 유량의 증대에 대응 가능하게 하기 위한 구성에 대해서 개시되어 있지 않다.
상술의 사정에 비추어, 본 발명의 적어도 일 실시형태는 연소기의 연소 특성을 유지하면서, 연료 유량의 증대에 대응 가능한 가스 터빈의 연료 노즐 및 연소기 및 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
(1) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 가스 터빈의 연료 노즐은,
노즐 본체와,
상기 노즐 본체의 축방향을 따라서 연장되고, 상기 노즐 본체의 둘레방향을 따라서 배열되고, 중심축이 상기 노즐 본체의 축방향에 있어서의 하류측을 향함에 따라서 상기 노즐 본체의 중심축을 향해 경사져 있는 복수의 노즐 구멍과,
상기 노즐 본체의 축방향을 따라서 연장되고, 상기 복수의 노즐 구멍에 접속되어서 연료를 공급하는 연료 공급로가 되는 복수의 연료 공급 구멍을 구비한 가스 터빈의 확산 연소식의 연료 노즐에 있어서,
상기 복수의 노즐 구멍의 각각은, 상기 노즐 본체의 축방향에 있어서의 하류측의 단부에 연료를 분사하기 위한 분사구를 갖고,
상기 복수의 노즐 구멍의 각각을 상기 분사구에 있어서의 상기 노즐 구멍의 중심축의 위치에 있어서 상기 노즐 구멍의 중심축에 직교하는 투영면에 투영하였을 때, 상기 투영면에 있어서, 상기 노즐 구멍은, 상기 노즐 구멍의 도심(圖心)을 중심으로 하고, 해당 투영면에 있어서의 상기 노즐 구멍의 면적과 동등한 면적을 갖는 가상 원으로부터, 상기 노즐 본체의 반경방향 내측으로 일탈하는 형상을 갖는다.
상기 (1)의 구성에 의하면, 노즐 구멍이 상술의 투영면에 있어서, 노즐 구멍의 도심을 중심으로 하고, 해당 투영면에 있어서의 노즐 구멍의 면적과 동등한 면적을 갖는 가상 원으로부터, 노즐 본체의 반경방향 내측으로 일탈하는 형상을 갖는다. 즉, 분사구가 위치하는 노즐 본체의 하류단부에 있어서, 노즐 구멍이 가상 원보다 노즐 본체의 반경방향 내측으로 면적이 확대하고, 또한, 가상 원보다 노즐 본체의 둘레방향의 사이즈가 작은 형상을 갖도록 했으므로, 노즐 본체의 사이즈 및 노즐 구멍의 축방향에 대한 경사 각도를 종래의 것과 비교해서 크게 바꾸지 않고, 이웃하는 노즐 구멍 사이의 두께를 확보하면서, 각각의 노즐 구멍의 유로 면적을 확대할 수 있다. 따라서, 연소기에 있어서의 연소 특성을 유지하면서, 연료 유량의 증대에 대응할 수 있다.
(2) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (1)의 구성에 있어서,
상기 투영면 상에 있어서, 상기 노즐 구멍의 면적을 상기 노즐 본체의 반경방향으로 이등분하는 상기 노즐 본체의 반경방향에 직교하는 제 1 직선이, 상기 반경방향에 있어서의 상기 노즐 구멍의 내측단과 외측단의 중점보다, 상기 반경방향에 있어서 상기 외측단 근처에 위치한다.
상기 (2)의 구성에 의하면, 투영면 상에 있어서, 상술의 제 1 직선이 노즐 본체의 반경방향(이하, 간단히 「반경방향」이라고도 말함)에 있어서의 노즐 구멍의 내측단과 외측단의 중점보다, 반경방향에 있어서 외측단 근처에 위치하도록 했으므로, 해당 투영면 상에 있어서, 노즐 구멍 중, 제 1 직선보다 외측단측의 부분에 비해, 제 1 직선보다 내측단측의 부분은 반경방향으로 가늘고 긴 형상이 된다. 따라서, 노즐 본체의 하류단부에 있어서, 이웃하는 노즐 구멍 사이의 두께를 확보하면서, 각각의 노즐 구멍의 유로 면적을 확대하기 쉬워진다.
(3) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (1) 또는 (2)의 구성에 있어서,
상기 복수의 노즐 구멍의 각각은, 상기 투영면에 있어서,
제 1 원과,
상기 제 1 원의 중심보다 상기 노즐 본체의 반경방향의 외측에 위치하는 중심을 갖고, 상기 제 1 원보다 직경이 큰 제 2 원과,
상기 제 1 원과 상기 제 2 원의 2개의 공통 접선에 의해 둘러싸이는 형상을 갖는다.
상기 (3)의 구성에 의하면, 노즐 구멍은 상술의 투영면에 있어서, 제 1 원과, 해당 제 1 원의 중심보다 반경방향의 외측에 위치하는 중심을 갖고, 해당 제 1 원보다 직경이 큰 제 2 원과, 제 1 원 및 제 2 원의 2개의 공통 접선에 의해 둘러싸이는 형상으로 함으로써, 상기 (1)의 구성을 실현할 수 있다. 따라서, 상기 (1)에서 설명한 바와 같이, 노즐 본체의 사이즈 및 노즐 구멍의 축방향에 대한 경사 각도를 종래의 것과 비교해서 크게 바꾸지 않고, 이웃하는 노즐 구멍 사이의 두께를 확보하면서, 각각의 노즐 구멍의 유로 면적을 확대할 수 있다. 이 때문에, 연소기에 있어서의 연소 특성을 유지하면서, 연료 유량의 증대에 대응할 수 있다.
(4) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (1) 또는 (2)의 구성에 있어서,
상기 복수의 노즐 구멍의 각각은 상기 노즐 본체의 상기 축방향에 직교하는 단면에 있어서, 상기 노즐 구멍의 윤곽이 직선 형상인 제 1 직선형 윤곽부 및 제 2 직선형 윤곽부를 포함하고,
상기 복수의 노즐 구멍은 상기 단면에 있어서, 상기 노즐 본체의 둘레방향으로 이웃하는 한 쌍의 노즐 구멍 중 일방의 노즐 구멍의 상기 제 1 직선형 윤곽부와, 상기 한 쌍의 노즐 구멍 중 타방의 노즐 구멍의 상기 제 2 직선형 윤곽부가 상기 둘레방향에 있어서 이웃하도록 마련된다.
상기 (4)의 구성에 의하면, 한 쌍의 노즐 구멍의 직선형 윤곽부끼리가 둘레방향으로 이웃하도록 배치되므로, 예를 들면, 원호 형상부끼리가 둘레방향으로 이웃하도록 배치되는 경우에 비해, 한 쌍의 노즐 구멍 사이의 둘레방향에 있어서의 거리를, 반경방향의 비교적 광범위에 있어서 확보하기 쉬워진다. 따라서, 이웃하는 노즐 구멍 사이의 두께를 확보하면서, 각각의 노즐 구멍의 유로 면적을 확대하기 쉬워진다. 이 때문에, 연소기에 있어서의 연소 특성을 유지하면서, 연료 유량의 증대에 대응할 수 있다.
(5) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
상기 복수의 노즐 구멍의 각각의 중심축의 상기 노즐 구멍의 상류단에 있어서의 위치와, 상기 중심축의 상기 노즐 구멍의 하류단에 있어서의 위치가 상기 노즐 본체의 상기 둘레방향에 있어서 어긋나 있다.
상기 (5)의 구성에 의하면, 노즐 구멍의 중심축의 위치가 노즐 구멍의 상류단과 하류단으로 어긋나도록 노즐 구멍을 마련했으므로, 해당 노즐 구멍을 거쳐서 분사구로부터 분출되는 연료에 대해서 선회 성분을 갖게 할 수 있는 동시에, 상기 (1)에서 설명한 바와 같이, 노즐 본체의 사이즈 및 노즐 구멍의 축방향에 대한 경사 각도를 종래의 것과 비교해서 크게 바꾸지 않고, 이웃하는 노즐 구멍 사이의 두께를 확보하면서, 각각의 노즐 구멍의 유로 면적을 확대할 수 있다. 이 때문에, 노즐로부터 분사되는 연료에 선회 성분을 갖게 하면서, 연소기에 있어서의 연소 특성을 유지하면서, 연료 유량의 증대에 대응할 수 있다.
(6) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
상기 연료 노즐은,
상기 복수의 노즐 구멍보다 상기 노즐 본체의 반경방향 외측에 위치하고, 상기 노즐 본체의 축방향으로 연장되는 통로를 더 구비하고,
상기 통로는 상기 노즐 본체의 축방향에 있어서의 하류측의 단부에 공기를 분사하기 위한 공기 분사구를 갖는다.
상기 (6)의 구성에 의하면, 복수의 노즐 구멍보다 반경방향 외측에, 공기 분사구를 갖는 통로를 마련했으므로, 연소기에 있어서, 복수의 노즐 구멍으로부터 분사구를 거쳐서 분출되는 연료와, 상술의 공기 분사구로부터 분출되는 공기를 확산 혼합시키면서 연소시킬 수 있다. 따라서, 이와 같은 확산 연소식의 연료 노즐에 있어서, 상기 (1)에서 설명한 바와 같이, 노즐 본체의 사이즈 및 노즐 구멍의 축방향에 대한 경사 각도를 종래의 것과 비교해서 크게 바꾸지 않고, 이웃하는 노즐 구멍 사이의 두께를 확보하면서, 각각의 노즐 구멍의 유로 면적을 확대할 수 있다. 이 때문에, 연소기에 있어서의 연소 특성을 유지하면서, 연료 유량의 증대에 대응할 수 있다.
(7) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
상기 연료 공급로는 상기 연료로서 가스 연료를 상기 복수의 노즐 구멍에 공급하도록 구성된다.
상기 (7)의 구성에서는, 확산 연소식의 연료 노즐에 대해서 가스 연료를 공급하도록 했으므로, 예를 들면, 석탄 가스화 연료 등의 수소를 많이 포함하는 가스 연료를 이용한 경우에 역화(逆火) 등이 일어나기 쉬운 예혼합 연소 방식의 노즐을 채용하는 경우에 비해, 안정한 연소 특성이 얻어진다.
따라서, (7)의 구성에 의하면, 가스 연료를 이용하는 연소기에 있어서, 연소기에 있어서의 연소 특성을 유지하면서, 각각의 노즐 구멍의 유로 면적을 확대하여, 연료 유량의 증대에 대응할 수 있다.
(8) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
상기 연료 노즐은,
상기 노즐 본체의 중심축을 따라서 연장되는 액체 연료 노즐을 더 구비하고,
상기 복수의 노즐 구멍은 상기 액체 연료 노즐의 반경방향 외측에 위치한다.
상기 (8)의 구성에 의하면, 상술의 복수의 노즐 구멍보다 반경방향 내측에 위치하는 액체 연료 노즐을 마련했으므로, 복수의 노즐 구멍과, 액체 연료 노즐을 이용하여 복수 종의 연료를 분출하게 할 수 있다. 따라서, 복수 종의 연료를 이용하여 가스 터빈의 운전을 보다 유연하게 실행할 수 있는 동시에, 상기 (1)에서 설명한 바와 같이, 연소기에 있어서의 연소 특성을 유지하면서, 연료 유량의 증대에 대응할 수 있다.
(9) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 가스 터빈의 연소기는,
상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 연료 노즐과,
상기 연료 노즐로부터 분사된 연료의 연소에 의해 생기는 연소 가스의 통로를 형성하는 연소통을 구비한다.
상기 (9)의 구성에 의하면, 노즐 구멍이 상술의 투영면에 있어서, 노즐 구멍의 도심을 중심으로 하고, 해당 투영면에 있어서의 노즐 구멍의 면적과 동등한 면적을 갖는 가상 원으로부터, 노즐 본체의 반경방향 내측으로 일탈하는 형상을 갖는다. 즉, 분사구가 위치하는 노즐 본체의 하류단부에 있어서, 노즐 구멍이 가상 원보다 노즐 본체의 반경방향 내측으로 면적이 확대하고, 또한, 가상 원보다 노즐 본체의 둘레방향의 사이즈가 작은 형상을 갖도록 했으므로, 노즐 본체의 사이즈 및 노즐 구멍의 축방향에 대한 경사 각도를 종래의 것과 비교해서 크게 바꾸지 않고, 이웃하는 노즐 구멍 사이의 두께를 확보하면서, 각각의 노즐 구멍의 유로 면적을 확대할 수 있다. 따라서, 연소기에 있어서의 연소 특성을 유지하면서, 연료 유량의 증대에 대응할 수 있다.
(10) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 가스 터빈은,
상기 (9)에 기재된 연소기와,
상기 연소기의 상기 연소통의 하류측에 마련되는 정익 및 동익을 구비한다.
상기 (10)의 구성에 의하면, 노즐 구멍이 상술의 투영면에 있어서, 노즐 구멍의 도심을 중심으로 하고, 해당 투영면에 있어서의 노즐 구멍의 면적과 동등한 면적을 갖는 가상 원으로부터, 노즐 본체의 반경방향 내측으로 일탈하는 형상을 갖는다. 즉, 분사구가 위치하는 노즐 본체의 하류단부에 있어서, 노즐 구멍이 가상 원보다 노즐 본체의 반경방향 내측으로 면적이 확대하고, 또한, 가상 원보다 노즐 본체의 둘레방향의 사이즈가 작은 형상을 갖도록 했으므로, 노즐 본체의 사이즈 및 노즐 구멍의 축방향에 대한 경사 각도를 종래의 것과 비교해서 크게 바꾸지 않고, 이웃하는 노즐 구멍 사이의 두께를 확보하면서, 각각의 노즐 구멍의 유로 면적을 확대할 수 있다. 따라서, 연소기에 있어서의 연소 특성을 유지하면서, 연료 유량의 증대에 대응할 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시형태에 의하면, 연소기의 연소 특성을 유지하면서, 연료 유량의 증대에 대응 가능한 가스 터빈의 연료 노즐 및 연소기 및 가스 터빈이 제공된다.
도 1은 일 실시형태에 따른 가스 터빈의 개략 구성도이다.
도 2는 일 실시형태에 따른 연료 노즐의 개략 단면도이다.
도 3a는 일 실시형태에 따른 연료 노즐의 노즐 홀더의 측면도이다.
도 3b는 도 3a에 도시되는 노즐 홀더를 상류측으로부터 바라본 도면이다.
도 3c는 도 3a에 도시되는 노즐 홀더를 하류측으로부터 바라본 도면이다.
도 4a는 일 실시형태에 따른 연료 노즐의 노즐 홀더의 측면도이다.
도 4b는 도 4a에 도시되는 노즐 홀더를 상류측으로부터 바라본 도면이다.
도 4c는 도 4a에 도시되는 노즐 홀더를 하류측으로부터 바라본 도면이다.
도 5는 투영면에 투영된 일 실시형태에 따른 노즐 구멍의 형상을 도시하는 도면이다.
도 6은 투영면에 투영된 일 실시형태에 따른 노즐 구멍의 형상을 도시하는 도면이다.
도 7은 투영면에 투영된 일 실시형태에 따른 노즐 구멍의 형상을 도시하는 도면이다.
도 8은 일 실시형태에 따른 노즐 본체의 축방향에 직교하는 단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 몇 개의 실시형태에 대해서 설명한다. 단, 실시형태로서 기재되어 있는 또는 도면에 도시되어 있는 구성부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은, 본 발명의 범위를 이에 한정하는 취지가 아니며, 단순한 설명예에 지나지 않는다.
먼저, 몇 개의 실시형태에 따른 연료 노즐 및 연소기의 적용처의 일례인 가스 터빈에 대해서, 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 일 실시형태에 따른 가스 터빈의 개략 구성도이다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 가스 터빈(1)은 압축 공기를 생성하기 위한 압축기(2)와, 압축 공기 및 연료를 이용하여 연소 가스를 발생시키기 위한 연소기(4)와, 연소 가스에 의해서 회전 구동되도록 구성된 터빈(6)을 구비한다. 발전용의 가스 터빈(1)의 경우, 터빈(6)에는 로터(8)를 거쳐서 도시되지 않은 발전기가 연결된다.
압축기(2)는 압축기 차실(10)측에 고정된 복수의 정익(16)과, 정익(16)에 대해서 교대로 배열되도록 로터(8)에 식설(植設)된 복수의 동익(18)을 포함한다.
압축기(2)에는, 공기 취입구(12)로부터 취입된 공기가 보내지도록 되어 있고. 이 공기는 복수의 정익(16) 및 복수의 동익(18)을 통과하여 압축됨으로써 고온 고압의 압축 공기가 된다.
연소기(4)에는, 연료와, 압축기(2)에서 생성된 압축 공기가 공급되도록 되어 있고, 해당 연소기(4)에 있어서 연료가 연소되고, 터빈(6)의 작동 유체인 연소 가스가 생성된다. 도 1에 도시되는 바와 같이, 가스 터빈(1)은 케이싱(20) 내에 로터(8)를 중심으로 하여 둘레방향을 따라서 복수 배치된 연소기(4)를 갖는다.
터빈(6)은 터빈 차실(22)에 의해서 형성되는 연소 가스 통로(28)를 갖고, 해당 연소 가스 통로(28)에 마련되는 복수의 정익(24) 및 동익(26)을 포함한다.
정익(24)은 터빈 차실(22)측에 고정되어 있고, 로터(8)의 둘레방향을 따라서 배열되는 복수의 정익(24)이 정익렬(列)을 구성하여 있다. 또한, 동익(26)은 로터(8)에 식설되어 있고, 로터(8)의 둘레방향을 따라서 배열되는 복수의 동익(26)이 동익렬을 구성하여 있다. 정익렬과 동익렬은 로터(8)의 축방향에 있어서 교대로 배열되어 있다.
터빈(6)에서는, 연소 가스 통로(28)에 유입된 연소기(4)로부터의 연소 가스가 복수의 정익(24) 및 복수의 동익(26)을 통과함으로써 로터(8)가 회전 구동되고, 이에 의해, 로터(8)에 연결된 발전기가 구동되어서 전력이 생성되도록 되어 있다. 터빈(6)을 구동한 후의 연소 가스는 배기실(30)을 거쳐서 외부에 배출된다.
연소기(4)는 연료를 분사하기 위한 연료 노즐(32)과, 연료 노즐(32)로부터 분사된 연료의 연소에 의해 생기는 연소 가스의 통로를 형성하는 연소통(23)을 포함한다. 상술한 터빈(6)의 정익(24) 및 동익(26)은 연소통(23)의 하류측에 위치하여 있고, 연소통(23)으로부터의 연소 가스는 정익(24) 및 동익(26)이 마련된 연소 가스 통로(28)에 유입되도록 되어 있다.
이하, 몇 개의 실시형태에 따른 연소기(4)의 연료 노즐(32)에 대해서 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 일 실시형태에 따른 연료 노즐(32)의 개략 단면도이며, 도 3a 내지 도 4c는 각각, 일 실시형태에 따른 연료 노즐(32)의 노즐 본체(41)의 일부인 노즐 홀더(40)를 도시하는 도면이다.
도 3a 및 도 4a는 각각, 일 실시형태에 따른 연료 노즐(32)의 노즐 홀더(40)의 측면도이다. 도 3b는 도 3a에 도시되는 노즐 홀더(40)를 상류측으로부터(즉, 도 3a에 나타내는 C방향으로부터) 바라봤을 때의 도면이며, 도 3c는 도 3a에 도시되는 노즐 홀더(40)를 하류측으로부터(즉, 도 3a에 나타내는 D방향으로부터) 바라봤을 때의 도면이다. 또한, 도 4b는 도 4a에 도시되는 노즐 홀더(40)를 상류측으로부터(즉, 도 4a에 나타내는 C방향으로부터) 바라봤을 때의 도면이며, 도 4c는 도 4a에 도시되는 노즐 홀더(40)를 하류측으로부터(즉, 도 4a에 나타내는 D방향으로부터) 바라봤을 때의 도면이다.
또한, 도 3a 내지 도 3c에 도시되는 실시형태와, 도 4a 내지 도 4c에 도시되는 실시형태에서는 노즐 구멍(36)의 단면 형상이 상이한 것 이외는 동일한 구성을 가지므로, 이하의 설명에 있어서, 이러한 실시형태의 공통부분에 대해서는, 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 설명한다.
도 2에 도시되는 바와 같이, 일 실시형태에 따른 연료 노즐(32)은 노즐 본체(41)와, 노즐 본체(41)에 형성된 복수의 노즐 구멍(36)을 갖는다.
노즐 본체(41)는, 노즐 본체(41)의 축방향(노즐 본체(41)의 중심축(O)의 방향; 이하, 간단히 「축방향」이라고도 말함)에 있어서 최하류측에 위치하는 노즐 홀더(40)와, 노즐 홀더(40)의 상류측에 위치하는 연료 통로 형성부(37)를 포함한다.
도 2 및 도 3a 내지 도 3c에 도시되는 바와 같이, 노즐 홀더(40)에는, 축방향을 따라서 연장되는 복수의 노즐 구멍(36)이 형성되어 있고, 복수의 노즐 구멍(36)은 노즐 본체(41)의 둘레방향을 따라서 배열되어 있다. 각각의 노즐 구멍(36)은 축방향에 있어서의 하류측의 단부에 연료를 분사하기 위한 분사구(38)를 갖고 있다.
또한, 도 2 및 도 3a 내지 도 3c에 도시되는 예시적인 실시형태에서는, 노즐 홀더(40)는 축방향의 하류측 단부에 있어서, 하류측을 향함에 따라 노즐 본체(41)의 중심축(O)에 가까워지는 테이퍼면(43)을 갖고 있다. 복수의 노즐 구멍(36)의 각각의 분사구(38)는 상술의 테이퍼면(43)에 형성되어 있다.
몇 개의 실시형태에서는, 각각의 노즐 구멍(36)은, 해당 노즐 구멍(36)의 중심축(Q)의 방향으로 직선 형상으로 연장되어 있고, 중심축(Q)에 직교하는 노즐 구멍(36)의 단면, 및 중심축(Q)에 직교하는 투영면(예를 들면, 도 2에 도시되는 투영면(P))에 투영된 노즐 구멍(36)은, 중심축(Q) 방향의 위치에나 동일 형상의 윤곽을 갖는다. 노즐 구멍(36)의 중심축(Q)의 방향에 직교하는 단면 형상은 상세한 것은 후술하지만, 진원과는 상이한 형상을 갖고 있다. 중심축(Q)은 노즐 구멍(36)의 단면 형상 또는 상술의 투영면에 투영된 노즐 구멍(36)의 형상의 도심을 연결하는 직선이어도 좋다.
연료 통로 형성부(37)에는, 축방향을 따라서 연장되는 연료 공급 구멍(34)(연료 공급로)이 형성되어 있다. 연료 공급 구멍(34)의 하류단은 노즐 구멍(36)의 상류단(39)에 접속되어 있다.
연료 공급 구멍(34)에는, 도시되지 않은 연료 공급원으로부터 연료가 공급되도록 되어 있고, 연료 공급 구멍(34)과 노즐 구멍(36)의 접속부를 거쳐서, 연료 공급 구멍(34)으로부터 노즐 구멍(36)에 연료가 공급되도록 되어 있다.
몇 개의 실시형태에서는, 연료 통로 형성부(37)에는 복수의 연료 공급 구멍(34)이 형성되어 있고, 복수의 연료 공급 구멍(34)의 하류단이 각각 복수의 노즐 구멍(36)의 상류단(39)에 접속되어 있어도 좋다. 또는, 몇 개의 실시형태에서는, 연료 통로 형성부(37)에는 1개의 환상의 연료 공급 구멍(34)이 형성되어 있고, 해당 환상의 연료 공급 구멍(34)의 하류단이 복수의 노즐 구멍(36)의 상류단(39)에 접속되어 있어도 좋다.
몇 개의 실시형태에서는, 연료 공급 구멍(34)에는, 가스 연료가 공급되도록 되어 있다. 이 가스 연료는 석탄 또는 바이오매스 등을 가스화 노에서 처리하는 것에 의해 얻어지는, CO 및/또는 H2 등을 포함하는 신가스(syngas)여도 좋다.
노즐 본체(41)의 반경방향 외측에는, 해당 노즐 본체(41)의 축방향으로 연장되는 공기 통로 형성부(92)가 마련되어 있다. 그리고, 공기 통로 형성부(92)의 내주면에 의해서, 축방향으로 연장되는 공기 통로(94)(통로)가 형성되어 있다. 공기 통로(94)에는, 예를 들면, 압축기(2)로부터 연소기(4)의 차실(도시되지 않음)에 유입한 압축 공기가 공급되도록 되어 있다. 또한, 공기 통로(94)는 축방향에 있어서의 하류측의 단부에, 공기를 분사하기 위한 공기 분사구(96)를 갖고 있다.
또한, 도 2에 도시되는 바와 같이, 공기 통로(94)는 노즐 본체(41)의 외주면과, 공기 통로 형성부(92)의 내주면 사이에 형성되어 있어도 좋다.
공기 통로(94)는 복수의 노즐 구멍(36)의 반경방향 외측에 위치하는 환상의 통로여도 좋다.
노즐 본체(41)의 반경방향 내측에는, 노즐 본체(41)의 중심축(O)을 따라서 연장되는 액체 연료 노즐(82)이 마련되어 있다. 즉, 복수의 노즐 구멍(36)은 액체 연료 노즐(82)의 반경방향 외측에 위치한다.
액체 연료 노즐(82)에는, 축방향을 따라서 액체 연료 통로(84)가 형성되고, 액체 연료 통로(84)는 축방향에 있어서의 하류단에, 액체 연료를 분사하기 위한 액체 연료 분사구(46)를 갖는다. 액체 연료 노즐(82)에는, 도시되지 않은 액체 연료 공급원으로부터, 액체 연료가 공급되도록 되어 있다.
액체 연료 노즐(82)에 의해서 분사되는 액체 연료는 가스 터빈(1)의 기동용의 연료여도 좋다.
도 2에 도시되는 예시적인 실시형태에서는, 액체 연료 노즐(82)의 반경방향 외측, 또한 노즐 본체(41)의 반경방향 내측에, 공기 통로(88)가 마련되어 있다. 이 공기 통로(88)에는, 예를 들면, 압축기(2)로부터 연소기(4)의 차실(도시되지 않음)에 유입한 압축 공기가 공급되도록 되어 있고, 공기 통로(88)의 하류단에 형성되는 공기 분사구(90)로부터 공기가 분사되도록 되어 있다.
도 2 및 도 3a에 도시되는 바와 같이, 노즐 본체(41)의 노즐 홀더(40)에 형성된 복수의 노즐 구멍(36)의 각각의 중심축(Q)은 노즐 본체(41)의 축방향에 있어서의 하류측을 향함에 따라 노즐 본체(41)의 중심축(O)을 향해 경사져 있다.
도 2에 있어서, 노즐 본체(41)의 중심축(O)에 대한, 노즐 구멍(36)의 중심축(Q)의 경사 각도는 θ이다.
또한, 몇 개의 실시형태에서는, 도 2, 도 3b 및 도 3c에 도시되는 바와 같이, 복수의 노즐 구멍(36)의 각각에 대해서, 노즐 구멍(36)의 상류단에 있어서의 중심축(Q)의 위치(q1)와, 노즐 구멍(36)의 하류단에 있어서의 중심축(Q)의 위치(q2)가 노즐 본체(41)의 둘레방향에 있어서 어긋나 있다. 즉, 노즐 구멍(36)의 각각은 노즐 본체(41)의 둘레방향으로 경사져 있다. 이와 같이, 노즐 본체(41)가 둘레방향으로 경사져 있음으로써, 노즐 구멍(36)으로부터 분사되는 연료에 선회 성분이 부여된다. 이에 의해, 노즐 구멍(36)으로부터 분사되는 연료와, 공기 통로(94) 등으로부터 분사되는 공기의 혼합을 촉진할 수 있다.
상술과 같이 구성을 갖는 연료 노즐(32)을 갖는 연소기(4)에서는, 연료 노즐(32)로부터 분사구(38)를 거쳐서 분사된 연료와, 공기 통로(94)로부터 공기 분사구(96)를 거쳐서 분사되는 공기 및/또는 공기 통로(88)로부터 공기 분사구(90)를 거쳐서 분사된 공기가, 연료 노즐(32)의 하류측에 있어서 혼합되면서 확산 연소되도록 되어 있다.
또한, 가스 터빈(1)의 기동시에는, 연료 공급 구멍(34)에는 공기(예를 들면, 압축기(2)로부터 연소기(4)의 차실(도시되지 않음)에 유입한 압축 공기)가 공급되고, 노즐 구멍(36)에는, 연료 공급 구멍(34)으로부터 공기가 공급되도록 되어 있어도 좋다.
즉, 가스 터빈(1)의 기동시에는, 연소기(4)에 있어서, 노즐 구멍(36)으로부터 분사구(38)를 거쳐서 공기가 분사되는 동시에, 액체 연료 노즐(82)로부터 액체 연료가 분사되고, 연료 노즐(32)의 하류측에 있어서 이러한 공기와 액체 연료가 혼합되면서 연소하도록 되어 있어도 좋다.
이에 대해, 가스 터빈(1)의 통상 운전시(정격 운전시 등)에는, 상술한 바와 같이, 연료 공급 구멍(34)에는 연료가 공급되도록 되어 있고, 노즐 구멍(36)으로부터 연료가 분사되는 동시에, 공기 통로(94) 및/또는 공기 통로(88)로부터 공기가 분사되고, 연료 노즐(32)의 하류측에 있어서 이러한 연료와 공기가 혼합되면서 확산 연소되도록 되어 있어도 좋다. 이때, 액체 연료 노즐(82)로부터의 액체 연료의 분사는 정지되어 있어도 좋다.
몇 개의 실시형태에서는, 가스 터빈(1)의 통상 운전시 등에는, 노즐 구멍(36)으로부터 분사구(38)를 거쳐서, 공기가 혼입되어 있지 않은 연료만이 분사되도록 되어 있다.
도 5 내지 도 7은 각각, 투영면(P)(도 2 참조)에 투영된 노즐 구멍(36)의 형상을 도시하는 도면이다. 이 중, 도 5 및 도 6은 도 3a 내지 도 3c에 도시되는 실시형태에 따른 노즐 구멍(36)의 형상을 도시하고, 도 7은 도 4a 내지 도 4c에 도시되는 실시형태에 따른 노즐 구멍(36)의 형상을 도시한다. 본 명세서에서, 상술의 투영면(P)은 노즐 구멍(36)의 분사구(38)에 있어서의 노즐 구멍(36)의 중심축(Q)의 위치에 있어서 노즐 구멍(36)의 중심축(Q)에 직교하는 투영면이다.
즉, 투영면(P)에 있어서의 노즐 구멍(36)의 형상은 하류단부에 있어서의 노즐 구멍(36)의 형상을 나타낸다.
또한, 도 5 내지 도 7에 있어서, 직선(L1)은 노즐 본체(41)의 반경방향의 직선을 나타낸다.
도 5에 도시되는 바와 같이, 도 3a 내지 도 3c에 도시되는 실시형태에 따른 노즐 구멍(36)은 투영면(P)에 있어서, 직경(D1)의 제 1 원(42)과, 직경(D2)의 제 2 원(44)과, 제 1 원(42)과 제 2 원(44)의 2개의 공통 접선(46A, 46B)에 의해서 둘러싸이는 형상을 갖는다. 본 명세서에서, 제 2 원(44)의 중심(44a)은 제 1 원(42)의 중심(42a)보다 노즐 본체(41)의 반경방향 외측에 위치하고, 제 2 원(44)의 직경(D2)은 제 1 원(42)의 직경(D1)보다 크다.
또한, 도 5에서는, 제 1 원(42)의 중심(42a)과, 제 2 원(44)의 중심(44a)을 연결하는 직선은 L1과 동일하고, 노즐 본체(41)의 반경방향에 일치하고 있다. 단, 제 1 원(42)의 중심(42a)과, 제 2 원(44)의 중심(44a)을 연결하는 직선과, 노즐 본체(41)의 반경방향은 일치하고 있지 않아도 좋고, 예를 들면, 이들이 이루는 각도가 30도 이하여도 좋다.
또한, 도 7에 도시되는 바와 같이, 도 4a 내지 도 4c에 도시되는 실시형태에 따른 노즐 구멍(36)은 투영면(P)에 있어서, 노즐 구멍(36)의 윤곽은 직선 형상의 제 1 직선형 윤곽부(52), 제 2 직선형 윤곽부(54), 제 3 직선형 윤곽부(48) 및 제 4 직선형 윤곽부(50)를 포함하는 사각형에 가까운 형상을 갖고, 이러한 직선형 윤곽부(48 내지 54)는 상술의 사각형의 코너에 위치하는 접속부(55A 내지 55D)에 의해서 접속되어 있다.
상술의 사각형에 있어서, 제 1 직선형 윤곽부(52)와, 제 2 직선형 윤곽부(54)는 서로 대향하여 위치하고, 제 3 직선형 윤곽부(48)와 제 4 직선형 윤곽부(50)는 서로 대향하여 위치한다.
또한, 직선형 윤곽부(48 내지 54)는 완전한 직선이 아니어도 좋고, 비교적 작은 곡률을 갖는 곡선 형상을 갖고 있어도 좋다.
몇 개의 실시형태에서는, 투영면(P)에 있어서의 노즐 구멍(36)의 윤곽은 다른 형상을 갖고 있어도 좋고, 예를 들면, 전체로서 삼각형, 또는 오각형 등의 다각형의 형상을 갖고 있어도 좋다.
몇 개의 실시형태에서는, 예를 들면, 도 5 및 도 7에 도시되는 바와 같이, 상술의 투영면(P)에 노즐 구멍(36)을 투영하였을 때, 투영면(P)에 있어서, 노즐 구멍(36)은, 노즐 구멍(36)의 도심(중심(重心))(R)을 중심으로 하고, 투영면(P)에 있어서의 노즐 구멍(36)의 면적과 동등한 면적을 갖는 가상 원(56)으로부터, 노즐 본체(41)의 반경방향 내측으로 일탈하는 부분(58)(도 5 및 도 7에 있어서의 사선 부분)을 포함하는 형상을 갖는다.
노즐 구멍(36)의 하류단부에 있어서의 형상을 상술과 같이 함으로써, 이하의 이유에 의해, 연소기(4)에 있어서의 연소 특성을 유지하면서, 연료 유량의 증대에 대응할 수 있다.
즉, 연료 노즐에 있어서, 연소 특성의 변화를 억제하면서 유로 면적을 확대하고 싶은 경우, 노즐 구멍이 형성되는 노즐 홀더(노즐 본체)의 사이즈를 바꾸지 않고, 또한, 노즐 본체의 축방향이나 둘레방향에 있어서의 노즐 구멍의 경사 각도를 바꾸지 않고, 유로 면적을 확대할 필요가 있다.
예를 들어, 종래의 전형적인 확산 연소식의 연료 노즐(즉, 노즐 구멍이 진원의 단면 형상을 갖고, 노즐 구멍의 중심축이 노즐 본체의 중심축에 대해서 경사져 있는 연료 노즐)에 대해서, 노즐 본체의 사이즈나 노즐 구멍의 경사 각도를 바꾸지 않고 유로 면적(즉, 구멍 직경)을 확대하려고 하면, 이웃하는 노즐 구멍 사이의 간격이 작아지고, 특히, 노즐 홀더의 하류단부에 있어서, 이웃하는 노즐 구멍 사이의 두께(도 3c에 있어서의 A1 부분 참조)의 확보가 어려워지는 경우가 있다. 또한, 노즐 홀더의 상류단부에서는, 노즐 구멍과 노즐 홀더 외주연 사이의 두께(도 3b에 있어서의 A2 부분 참조)의 확보가 어려워지는 경우가 있다.
이 점, 상술의 실시형태에 의하면, 노즐 구멍(36)이 상술의 투영면(P)에 있어서, 노즐 구멍(36)의 도심(R)을 중심으로 하고, 해당 투영면(P)에 있어서의 노즐 구멍(36)의 면적과 동등한 면적을 갖는 가상 원(56)으로부터, 노즐 본체(41)의 반경방향 내측으로 일탈하는 부분(58)을 포함하는 형상을 갖는다. 즉, 분사구(38)가 위치하는 노즐 본체(41)의 하류단부에 있어서, 노즐 구멍(36)이 가상 원(56)보다 노즐 본체(41)의 반경방향 내측으로 면적이 확대하고, 또한, 가상 원(56)보다 노즐 본체(41)의 둘레방향의 사이즈가 작은 형상을 갖도록 하였으므로, 노즐 본체(41)의 직경(사이즈) 및 노즐 구멍(36)의 축방향에 대한 경사 각도(θ)(도 2 참조)를 종래의 것과 비교해서 크게 바꾸지 않고, 이웃하는 노즐 구멍(36) 사이의 두께나, 노즐 구멍(36)과 노즐 홀더(40)(노즐 본체(41))의 외주연 사이의 두께를 확보하면서, 각각의 노즐 구멍(36)의 유로 면적을 확대할 수 있다. 따라서, 연소기(4)에 있어서의 연소 특성을 유지하면서, 연료 유량의 증대에 대응할 수 있다.
몇 개의 실시형태에서는, 예를 들면, 도 6에 도시되는 바와 같이, 투영면(P) 상에 있어서, 노즐 구멍(36)의 면적(S1＋S2)을 이등분하는 노즐 본체(41)의 반경방향(직선(L1)의 방향)에 직교하는 제 1 직선(L2)이 반경방향에 있어서의 노즐 구멍(36)의 내측단(60)과 외측단(62)의 중점(64)보다, 반경방향에 있어서 외측단(62) 근처에 위치한다. 즉, 외측단(62)과 제 1 직선(L2) 사이의 거리는 내측단(60)과 제 1 직선(L2) 사이의 거리보다 짧다.
또한, 도 6에 도시되는 예에 있어서, 노즐 구멍(36) 중, 제 1 직선(L2)보다 반경방향 내측의 부분의 면적(S1)과, 제 1 직선(L2)보다 반경방향 외측의 부분의 면적(S2)은 동등하다. 또한, 투영면(P)에 있어서, 노즐 구멍(36)의 도심(R)은 제 1 직선(L2) 상에 위치한다.
상술의 실시형태에서는, 투영면(P) 상에 있어서, 제 1 직선(L2)이 노즐 본체(41)의 반경방향에 있어서의 노즐 구멍(36)의 내측단(60)과 외측단(62)의 중점(64)보다, 반경방향에 있어서 외측단(62) 근처에 위치하도록 하였으므로, 노즐 구멍(36) 중, 제 1 직선(L2)보다 외측단(62)측의 부분(면적(S2)의 부분)에 비해, 제 1 직선(L2)보다 내측단(60)측의 부분(면적(S1)의 부분)은 반경방향으로 가늘고 긴 형상이 된다. 따라서, 노즐 본체(41)의 하류단부에 있어서, 이웃하는 노즐 구멍(36) 사이의 두께를 확보하면서, 각각의 노즐 구멍(36)의 유로 면적을 확대하기 쉬워진다.
도 8은 일 실시형태에 따른 노즐 본체(41)의 축방향에 직교하는 단면도이며, 도 2의 B-B 단면에 상당하는 도면이다. 또한, 도 8은 도 4a 내지 도 4c에 도시되는 실시형태에 따른 노즐 구멍(36)을 갖는 노즐 본체(41)의 단면이다.
또한, 도 8에서는, 둘레방향으로 이웃하는 한 쌍의 노즐 구멍(36A, 36B)이 도시되어 있다. 도 8에 도시되는 노즐 구멍(36A, 36B)의 윤곽은 각각, 직선 형상의 제 1 직선형 윤곽부(52A, 52B), 제 2 직선형 윤곽부(54A, 54B), 제 3 직선형 윤곽부(48A, 48B) 및 제 4 직선형 윤곽부(50A, 50B)를 포함하는 사각형에 가까운 형상을 갖는다. 이러한 제 1 내지 제 4 직선형 윤곽부는 도 7에 있어서의 제 1 내지 제 4 직선형 윤곽부에 대응하여 있다.
몇 개의 실시형태에서는, 예를 들면, 도 8에 도시되는 바와 같이, 상술의 단면에 있어서, 둘레방향으로 이웃하는 한 쌍의 노즐 구멍(36A, 36B) 중 일방의 노즐 구멍(36A)의 제 1 직선형 윤곽부(52A)와, 타방의 노즐 구멍(36B)의 제 2 직선형 윤곽부(54B)가 둘레방향에 있어서 이웃하도록 마련되어 있다.
본 경우, 한 쌍의 노즐 구멍(36A, 36B)의 직선형 윤곽부끼리가 둘레방향으로 이웃하도록 배치되므로, 예를 들면, 원호 형상부끼리가 둘레방향으로 이웃하도록 배치되는 경우에 비해, 한 쌍의 노즐 구멍(36A, 36B) 사이의 둘레방향에 있어서의 거리(K)(도 8 참조)를, 반경방향의 비교적 광범위에 있어서 확보하기 쉬워진다. 따라서, 이웃하는 노즐 구멍(36A, 36B) 사이의 두께를 확보하면서, 각각의 노즐 구멍(36)의 유로 면적을 확대하기 쉬워진다. 이 때문에, 연소기(4)에 있어서의 연소 특성을 유지하면서, 연료 유량의 증대에 대응할 수 있다.
상술의 단면에 있어서, 둘레방향으로 이웃하는 한 쌍의 노즐 구멍(36A, 36B) 중 일방의 노즐 구멍(36A)의 제 1 직선형 윤곽부(52A)와, 타방의 노즐 구멍(36B)의 제 2 직선형 윤곽부(54B)가 이루는 각도(도 8 참조)는 예를 들면, 25도 이하여도 좋다.
본 경우, 한 쌍의 노즐 구멍(36A, 36B) 사이의 둘레방향에 있어서의 거리(K)(도 8 참조)를, 반경방향의 비교적 광범위에 있어서 보다 확실히 확보하기 쉬워진다. 따라서, 이웃하는 노즐 구멍(36A, 36B) 사이의 두께를 확보하면서, 각각의 노즐 구멍(36)의 유로 면적을 보다 확대하기 쉬워진다.
도 4a 내지 도 4c에 도시되는 예시적인 실시형태에서는, 예를 들면, 도 4c에 도시되는 바와 같이, 노즐 구멍(36)은, 해당 노즐 구멍(36)의 하류단(분사구(38); 또는 노즐 홀더(40)의 하류단)에 있어서, 노즐 홀더(40)(노즐 본체(41))의 내주연(內周緣)(66)을 따라서 연장되는 직선형 윤곽부(도면에 도시되는 제 3 직선형 윤곽부(48))를 포함하고 있어도 좋다.
이와 같이, 노즐 본체(41)의 내주연(66)을 따르도록 연장되는 직선형 윤곽부를 가짐으로써, 노즐 구멍(36)의 하류단측에 있어서, 노즐 구멍(36)의 형상을 반경방향 내측을 향해 유로 면적이 크게 확대된 형상으로 할 수 있다. 이에 의해, 보다 효과적으로, 각각의 노즐 구멍(36)의 유로 면적을 확대할 수 있다.
또한, 도 4a 내지 도 4c에 도시되는 예시적인 실시형태에서는, 예를 들면, 도 4b에 도시되는 바와 같이, 노즐 구멍(36)은, 해당 노즐 구멍(36)의 상류단(39)(또는 노즐 홀더(40)의 상류단)에 있어서, 노즐 홀더(40)(노즐 본체(41))의 외주연(外周緣)(68)을 따라서 연장되는 직선형 윤곽부(도면에 도시되는 제 4 직선형 윤곽부(50))를 포함하고 있어도 좋다.
이와 같이, 노즐 본체(41)의 외주연(68)을 따르도록 연장되는 직선형 윤곽부를 가짐으로써, 노즐 구멍(36)의 상류단측에 있어서, 노즐 구멍(36)의 형상을 반경방향 외측을 향해 유로 면적이 크게 확대된 형상으로 할 수 있다. 이에 의해, 보다 효과적으로, 각각의 노즐 구멍(36)의 유로 면적을 확대할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시형태로 한정되지 않고, 상술한 실시형태에 변형을 가한 형태나, 이러한 형태를 적절하게 조합시킨 형태도 포함한다.
본 명세서에 있어서, 「어느 방향으로」, 「어느 방향을 따라서」, 「평행」, 「직교」, 「중심」, 「동심」 또는 「동축」 등의 상대적인 또는 절대적인 배치를 나타내는 표현은 엄밀하게 그러한 배치를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 또는 동일 기능이 얻어지는 정도의 각도나 거리를 갖고서 상대적으로 변위하여 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.
예를 들어, 「동일」, 「동등」 및 「균질」 등의 사물이 동등한 상태인 것을 나타내는 표현은 엄밀하게 동등한 상태를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 또는 동일 기능이 얻어지는 정도의 차이가 존재하여 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 사각 형상이나 원통 형상 등의 형상을 나타내는 표현은 기하학적으로 엄밀한 의미에서의 사각 형상이나 원통 형상 등의 형상을 나타낼 뿐만 아니라, 동일 효과가 얻어지는 범위에서, 요철부나 면취부 등을 포함하는 형상도 나타내는 것으로 한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 하나의 구성요소를 「구비한다」, 「포함한다」, 또는 「갖는다」라고 하는 표현은 다른 구성요소의 존재를 제외하는 배타적인 표현은 아니다.
1 : 가스 터빈 2 : 압축기
4 : 연소기 6 : 터빈
8 : 로터 10 : 압축기 차실
12 : 공기 취입구 16 : 정익
18 : 동익 20 : 케이싱
22 : 터빈 차실 23 : 연소통
24 : 정익 26 : 동익
28 : 연소 가스 통로 30 : 배기실
32 : 연료 노즐 34 : 연료 공급 구멍
36 : 노즐 구멍 37 : 연료 통로 형성부
38 : 분사구 39 : 상류단
40 : 노즐 홀더 41 : 노즐 본체
42 : 제 1 원 42a : 중심
43 : 테이퍼면 44 : 제 2 원
44a : 중심 46 : 액체 연료 분사구
46A, 46B : 공통 접선 48 : 제 3 직선형 윤곽부
50 : 제 4 직선형 윤곽부 52 : 제 1 직선형 윤곽부
54 : 제 2 직선형 윤곽부 55A 내지 55D : 접속부
56 : 가상 원 58 : 부분
60 : 내측단 62 : 외측단
64 : 중점 66 : 내주연
68 : 외주연 82 : 액체 연료 노즐
84 : 액체 연료 통로 88 : 공기 통로
90 : 공기 분사구 92 : 공기 통로 형성부
94 : 공기 통로 96 : 공기 분사구
L2 : 제 1 직선 O : 중심축
P : 투영면 Q : 중심축
R : 도심(중심)

Claims (10)

  1. 노즐 본체와,
    상기 노즐 본체의 축방향을 따라서 연장되고, 상기 노즐 본체의 둘레방향을 따라서 배열되고, 중심축이 상기 노즐 본체의 축방향에 있어서의 하류측을 향함에 따라서 상기 노즐 본체의 중심축을 향해 경사져 있는 복수의 노즐 구멍과,
    상기 노즐 본체의 축방향을 따라서 연장되고, 상기 복수의 노즐 구멍에 접속되어서 연료를 공급하는 연료 공급로가 되는 복수의 연료 공급 구멍을 구비한 가스 터빈의 확산 연소식의 연료 노즐에 있어서,
    상기 복수의 노즐 구멍의 각각은 상기 노즐 본체의 축방향에 있어서의 하류측의 단부에 연료를 분사하기 위한 분사구를 갖고,
    상기 복수의 노즐 구멍의 각각을 상기 분사구에 있어서의 상기 노즐 구멍의 중심축의 위치에 있어서 상기 노즐 구멍의 중심축에 직교하는 투영면에 투영하였을 때, 상기 투영면에 있어서, 상기 노즐 구멍은, 상기 노즐 구멍의 도심(圖心)을 중심으로 하고, 상기 투영면에 있어서의 상기 노즐 구멍의 면적과 동등한 면적을 갖는 가상 원으로부터, 상기 노즐 본체의 반경방향 내측으로 일탈하는 형상을 갖고,
    상기 복수의 노즐 구멍의 각각은 상기 노즐 본체의 상기 축방향에 직교하는 단면에 있어서, 상기 노즐 구멍의 윤곽이 직선 형상의 제 1 직선형 윤곽부 및 제 2 직선형 윤곽부를 포함하고,
    상기 복수의 노즐 구멍은 상기 단면에 있어서, 상기 노즐 본체의 둘레방향으로 이웃하는 한 쌍의 노즐 구멍 중 일방의 노즐 구멍의 상기 제 1 직선형 윤곽부와, 상기 한 쌍의 노즐 구멍 중 타방의 노즐 구멍의 상기 제 2 직선형 윤곽부가 상기 둘레방향에 있어서 이웃하도록 마련되며,
    상기 단면에 있어서, 상기 제 1 직선형 윤곽부의 길이는, 상기 제 2 직선형 윤곽부의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는
    가스 터빈의 연료 노즐.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 투영면 상에 있어서, 상기 노즐 구멍의 면적을 상기 노즐 본체의 반경방향으로 이등분하는 상기 노즐 본체의 반경방향에 직교하는 제 1 직선이, 상기 반경방향에 있어서의 상기 노즐 구멍의 내측단과 외측단의 중점보다, 상기 반경방향에 있어서 상기 외측단 근처에 위치하는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈의 연료 노즐.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 노즐 구멍의 각각은, 상기 투영면에 있어서,
    제 1 원과,
    상기 제 1 원의 중심보다 상기 노즐 본체의 반경방향의 외측에 위치하는 중심을 갖고, 상기 제 1 원보다 직경이 큰 제 2 원과,
    상기 제 1 원과 상기 제 2 원의 2개의 공통 접선에 의해 둘러싸이는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈의 연료 노즐.
  4. 삭제
  5. 노즐 본체와,
    상기 노즐 본체의 축방향을 따라서 연장되고, 상기 노즐 본체의 둘레방향을 따라서 배열되고, 중심축이 상기 노즐 본체의 축방향에 있어서의 하류측을 향함에 따라서 상기 노즐 본체의 중심축을 향해 경사져 있는 복수의 노즐 구멍과,
    상기 노즐 본체의 축방향을 따라서 연장되고, 상기 복수의 노즐 구멍에 접속되어서 연료를 공급하는 연료 공급로가 되는 복수의 연료 공급 구멍을 구비한 가스 터빈의 확산 연소식의 연료 노즐에 있어서,
    상기 복수의 노즐 구멍의 각각은 상기 노즐 본체의 축방향에 있어서의 하류측의 단부에 연료를 분사하기 위한 분사구를 갖고,
    상기 복수의 노즐 구멍의 각각을 상기 분사구에 있어서의 상기 노즐 구멍의 중심축의 위치에 있어서 상기 노즐 구멍의 중심축에 직교하는 투영면에 투영하였을 때, 상기 투영면에 있어서, 상기 노즐 구멍은, 상기 노즐 구멍의 도심(圖心)을 중심으로 하고, 상기 투영면에 있어서의 상기 노즐 구멍의 면적과 동등한 면적을 갖는 가상 원으로부터, 상기 노즐 본체의 반경방향 내측으로 일탈하는 형상을 갖고,
    상기 복수의 노즐 구멍의 각각의 중심축의 상기 노즐 구멍의 상류단에 있어서의 위치와, 상기 중심축의 상기 노즐 구멍의 하류단에 있어서의 위치가 상기 노즐 본체의 상기 둘레방향에 있어서 어긋나 있는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈의 연료 노즐.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 노즐 구멍보다 상기 노즐 본체의 반경방향 외측에 위치하고, 상기 노즐 본체의 축방향으로 연장되는 통로를 더 구비하고,
    상기 통로는 상기 노즐 본체의 축방향에 있어서의 하류측의 단부에 공기를 분사하기 위한 공기 분사구를 갖는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈의 연료 노즐.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 공급로는 상기 연료로서 가스 연료를 상기 복수의 노즐 구멍에 공급하도록 구성된 것을 특징으로 하는
    가스 터빈의 연료 노즐.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐 본체의 중심축을 따라서 연장되는 액체 연료 노즐을 더 구비하고,
    상기 복수의 노즐 구멍은 상기 액체 연료 노즐의 반경방향 외측에 위치하는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈의 연료 노즐.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 및 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 연료 노즐과,
    상기 연료 노즐로부터 분사된 연료의 연소에 의해 생기는 연소 가스의 통로를 형성하는 연소통을 구비하는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈의 연소기.
  10. 제 9 항에 기재된 연소기와,
    상기 연소기의 상기 연소통의 하류측에 마련되는 정익 및 동익을 구비하는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈.
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