KR102460000B1 - Nozzle for combustor, combustor, and gas turbine including the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면에 따른 수소를 포함하는 연료를 연소하는 연소기용 노즐은, 공기와 연료가 이동하는 복수의 분사 튜브와 상기 분사 튜브 사이에 형성되며 연료가 이동하는 연료 통로를 포함하는 멀티 튜브, 및 상기 멀티 튜브의 선단에서 이격 배치되며, 복수의 믹싱 홀을 구비하여 상기 멀티 튜브에서 분사되는 연료와 공기를 혼합하는 믹싱 플레이트를 포함할 수 있다.A nozzle for a combustor for burning fuel containing hydrogen according to an aspect of the present invention is formed between a plurality of injection tubes through which air and fuel move, and the injection tube, and includes a fuel passage through which fuel moves; and a mixing plate spaced apart from the front end of the multi-tube and having a plurality of mixing holes to mix fuel and air injected from the multi-tube.
Description
본 발명은 연소기용 노즐, 연소기, 및 이를 포함하는 가스 터빈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수소를 포함하는 연료를 사용하는 연소기용 노즐, 연소기, 및 이를 포함하는 가스 터빈에 관한 것이다. The present invention relates to a nozzle for a combustor, a combustor, and a gas turbine including the same, and more particularly, to a nozzle for a combustor using a fuel containing hydrogen, a combustor, and a gas turbine including the same.
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. A gas turbine is a power engine that mixes and burns compressed air and fuel compressed in a compressor, and rotates the turbine with high-temperature gas generated by combustion. Gas turbines are used to power generators, aircraft, ships, trains, and the like.
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.A gas turbine generally includes a compressor, a combustor and a turbine. The compressor sucks in the outside air, compresses it, and delivers it to the combustor. The compressed air in the compressor is in a state of high pressure and high temperature. The combustor mixes and combusts the compressed air introduced from the compressor and fuel. The combustion gases generated by the combustion are discharged to the turbine. The turbine blades inside the turbine are rotated by the combustion gas, and power is generated through this. The generated power is used in various fields such as power generation and driving of mechanical devices.
연료는 각 연소기 내에 설치된 노즐을 통해서 분사되며 노즐은 기체 연료 및 액체 연료를 분사할 수 있다. 근래에는 이산화탄소의 배출을 억제하기 위해서 수소 연료 또는 수소를 포함하는 연료의 사용이 권장되고 있다.Fuel is injected through nozzles installed in each combustor, and the nozzles can inject gaseous fuel and liquid fuel. In recent years, in order to suppress the emission of carbon dioxide, the use of hydrogen fuel or a fuel containing hydrogen is recommended.
그러나 수소는 연소 속도가 빠르기 때문에, 가스 터빈 연소기로 이들의 연료를 연소시켰을 경우에, 가스 터빈 연소기내에서 형성되는 화염이 가스 터빈 연소기의 구조물로 접근해 가열하고, 가스 터빈 연소기의 신뢰성으로 문제를 일으킬 가능성이 있다.However, since hydrogen has a high combustion rate, when its fuel is burned with a gas turbine combustor, the flame formed in the gas turbine combustor approaches and heats the structure of the gas turbine combustor, and the reliability of the gas turbine combustor is reduced. is likely to cause
이러한 문제를 해결하기 위해서 대한민국 공개특허 제10-2020-0027894호 등에는 멀티 튜브를 갖는 연소기 노즐이 제안되고 있으나, 멀티 튜브를 갖는 노즐은 스월러가 설치되지 않아 연료와 공기의 균일한 혼합이 어려운 문제가 있다.In order to solve this problem, a combustor nozzle having a multi-tube has been proposed in Korean Patent Laid-Open No. 10-2020-0027894, etc., but the nozzle having a multi-tube does not have a swirler, so it is difficult to uniformly mix fuel and air. there is a problem.
상기한 바와 같은 기술적 배경을 바탕으로, 본 발명은 연료와 공기를 균일하게 혼합할 수 있는 연소기용 노즐, 연소기 및 가스 터빈을 제공하고자 한다.Based on the technical background as described above, an object of the present invention is to provide a combustor nozzle, combustor, and gas turbine capable of uniformly mixing fuel and air.
본 발명의 일 측면에 따른 수소를 포함하는 연료를 연소하는 연소기용 노즐은, 공기와 연료가 이동하는 복수의 분사 튜브와 상기 분사 튜브 사이에 형성되며 연료가 이동하는 연료 통로를 포함하는 멀티 튜브, 및 상기 멀티 튜브의 선단에서 이격 배치되며, 복수의 믹싱 홀을 구비하여 상기 멀티 튜브에서 분사되는 연료와 공기를 혼합하는 믹싱 플레이트를 포함할 수 있다.A nozzle for a combustor for burning fuel containing hydrogen according to an aspect of the present invention is formed between a plurality of injection tubes through which air and fuel move, and the injection tube, and includes a fuel passage through which fuel moves; and a mixing plate spaced apart from the front end of the multi-tube and having a plurality of mixing holes to mix fuel and air injected from the multi-tube.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 믹싱 홀은 상기 분사 튜브에 형성된 분사구와 간격을 두고 마주하도록 배치되며, 상기 믹싱 플레이트에서 막힌 부분은 멀티 튜브의 선단에 설치된 차단판과 마주하도록 배치될 수 있다.The mixing hole according to an aspect of the present invention may be arranged to face the injection hole formed in the injection tube at a distance, and the blocked part of the mixing plate may be arranged to face the blocking plate installed at the front end of the multi-tube.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 믹싱 홀은 전방으로 갈수록 내경이 점진적으로 감소하도록 형성될 수 있다.The mixing hole according to an aspect of the present invention may be formed such that the inner diameter gradually decreases toward the front.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 믹싱 홀은 전방으로 갈수록 내경이 점진적으로 감소하는 수축부와 상기 수축부의 선단에 연결되며 전방으로 갈수록 내경이 점진적으로 확장부를 포함할 수 있다.The mixing hole according to an aspect of the present invention may include a constricted portion whose inner diameter is gradually reduced toward the front and a front end of the constricted portion and a progressively expanded portion with an inner diameter toward the front.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 믹싱 홀은 상기 멀티 튜브의 선단에 설치된 차단판과 마주하도록 배치될 수 있다.The mixing hole according to an aspect of the present invention may be disposed to face a blocking plate installed at the front end of the multi-tube.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 믹싱 홀은 선단으로 갈수록 내경이 점진적으로 감소하도록 형성되며, 상기 분사 튜브의 선단에는 전방으로 갈수록 외측으로 확장되는 나팔관이 설치될 수 있다.The mixing hole according to an aspect of the present invention is formed such that the inner diameter gradually decreases toward the tip, and a fallopian tube extending outward toward the front may be installed at the tip of the injection tube.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 믹싱 홀은 선단으로 갈수록 내경이 점진적으로 감소하는 수축부와 상기 수축부의 선단에 연결되며, 내경이 균일하게 유지되는 원통부를 포함할 수 있다.The mixing hole according to an aspect of the present invention may include a constricted portion whose inner diameter is gradually reduced toward the front end, and a cylindrical portion connected to the front end of the constricted portion and maintaining a uniform inner diameter.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 믹싱 홀은 상기 분사 튜브에 형성된 분사구와 간격을 두고 마주하는 제1 믹싱 홀과 상기 멀티 튜브의 선단에 설치된 차단판과 마주하는 제2 믹싱 홀을 포함하고, 상기 제1 믹싱 홀의 내경은 상기 제2 믹싱 홀의 내경보다 더 작게 형성될 수 있다.The mixing hole according to an aspect of the present invention includes a first mixing hole facing at a distance from the injection hole formed in the injection tube and a second mixing hole facing the blocking plate installed at the front end of the multi-tube, An inner diameter of the first mixing hole may be smaller than an inner diameter of the second mixing hole.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 분사 튜브에는 상기 연료 통로와 연결되며 상기 분사 튜브로 연료가 유입되는 복수의 연료 유입홀이 형성되고, 상기 연료 유입홀의 후방에는 공기가 통과하는 복수의 분산 홀이 형성된 분산판이 설치될 수 있다.A plurality of fuel inlet holes connected to the fuel passage and through which fuel flows into the injection tube are formed in the injection tube according to an aspect of the present invention, and a plurality of distribution holes through which air passes are formed in the rear of the fuel inlet hole. A dispersion plate may be installed.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 분산판은 전방을 향하여 호형으로 만곡 형성되며, 상기 연료 유입홀의 후방에서 상기 연료 유입홀을 부분적으로 덮도록 전방을 향하여 경사지게 설치될 수 있다.The dispersion plate according to an aspect of the present invention may be formed to be curved in an arc shape toward the front, and may be installed to be inclined toward the front so as to partially cover the fuel inlet hole from the rear of the fuel inlet hole.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 분산판은 중심에서 양쪽 측단으로 갈수록 폭이 점진적으로 감소하도록 형성될 수 있다.The dispersion plate according to an aspect of the present invention may be formed to gradually decrease in width from the center to both side ends.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 분산판의 내측단부에는 상기 분사 튜브의 중심을 향하여 돌출된 복수의 와류 형성 돌기가 형성될 수 있다.A plurality of vortex forming protrusions protruding toward the center of the injection tube may be formed on the inner end of the dispersion plate according to an aspect of the present invention.
본 발명의 일 측면에 따른 복수의 상기 분산 홀은 상기 분사 튜브의 반경 방향으로 이어져 형성될 수 있다.The plurality of dispersion holes according to an aspect of the present invention may be formed to extend in a radial direction of the injection tube.
본 발명의 일 측면에 따른 복수의 상기 분산 홀은 상기 분사 튜브의 둘레 방향으로 이어져 형성될 수 있다.The plurality of dispersion holes according to an aspect of the present invention may be formed to extend in a circumferential direction of the injection tube.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 분사 튜브에는 상기 연료 통로와 연결되며 상기 분사 튜브로 연료가 유입되는 복수의 연료 유입홀이 형성되고, 상기 연료 유입홀의 전방에는 복수의 유도 홀이 형성된 연료 유도판이 설치될 수 있다.A plurality of fuel inlet holes connected to the fuel passage and through which fuel flows into the injection tube are formed in the injection tube according to an aspect of the present invention, and a fuel guide plate having a plurality of guide holes formed in front of the fuel inlet hole is installed can be
본 발명의 다른 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, 공기와 연료가 이동하는 복수의 분사 튜브와 상기 분사 튜브 사이에 형성되며 연료가 이동하는 연료 통로를 포함하는 멀티 튜브, 및 상기 멀티 튜브의 전방에서 이격 배치되며, 복수의 믹싱 홀을 구비하여 상기 멀티 튜브에서 분사되는 연료와 공기를 혼합하는 믹싱 플레이트를 포함할 수 있다.A combustor according to another aspect of the present invention includes a burner having a plurality of nozzles for injecting fuel and air, a duct assembly coupled to one side of the burner, the fuel and the air are burned inside, and the combusted gas is delivered to the turbine. wherein the nozzle is formed between a plurality of injection tubes through which air and fuel move and the injection tube and includes a fuel passage through which fuel moves, and is spaced apart from the front of the multi-tube, and a plurality of It may include a mixing plate having a mixing hole to mix the fuel and air injected from the multi-tube.
본 발명의 다른 측면에 따른 상기 믹싱 홀은 상기 분사 튜브에 형성된 분사구와 간격을 두고 마주하도록 배치되며, 상기 믹싱 플레이트에서 막힌 부분은 멀티 튜브의 선단에 설치된 차단판과 마주하도록 배치될 수 있다.The mixing hole according to another aspect of the present invention may be arranged to face the injection hole formed in the injection tube at a distance from each other, and the blocked part of the mixing plate may be arranged to face the blocking plate installed at the front end of the multi-tube.
본 발명의 다른 측면에 따른 상기 분사 튜브에는 상기 연료 통로와 연결되며 상기 분사 튜브로 연료가 유입되는 복수의 연료 유입홀이 형성되고, 상기 연료 유입홀의 후방에는 공기가 통과하는 복수의 분산 홀이 형성된 분산판이 설치될 수 있다.In the injection tube according to another aspect of the present invention, a plurality of fuel inlet holes connected to the fuel passage and through which fuel flows into the injection tube are formed, and a plurality of distribution holes through which air passes are formed in the rear of the fuel inlet hole. A dispersion plate may be installed.
본 발명의 다른 측면에 따른 상기 분사 튜브에는 상기 연료 통로와 연결되며 상기 분사 튜브로 연료가 유입되는 복수의 연료 유입홀이 형성되고, 상기 연료 유입홀의 전방에는 복수의 유도 홀이 형성된 연료 유도판이 설치될 수 있다.In the injection tube according to another aspect of the present invention, a plurality of fuel inlet holes connected to the fuel passage and through which fuel flows into the injection tube are formed, and a fuel guide plate having a plurality of guide holes formed in front of the fuel inlet hole is installed. can be
본 발명의 또 다른 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 포함하며, 상기 연소기는, 연료와 공기를 분사하는 복수의 노즐을 갖는 버너와 상기 버너의 일측에 결합되며 상기 연료와 상기 공기가 내부에서 연소되며 연소된 가스를 터빈으로 전달하는 덕트 조립체를 포함하고, 상기 노즐은, 공기와 연료가 이동하는 복수의 분사 튜브와 상기 분사 튜브 사이에 형성되며 연료가 이동하는 연료 통로를 포함하는 멀티 튜브, 및 상기 멀티 튜브의 전방에서 이격 배치되며, 복수의 믹싱 홀을 구비하여 상기 멀티 튜브에서 분사되는 연료와 공기를 혼합하는 믹싱 플레이트를 포함할 수 있다.A gas turbine according to another aspect of the present invention includes a compressor that compresses air introduced from the outside, a combustor that mixes fuel with compressed air compressed in the compressor, and a plurality of rotating by the combustion gas burned in the combustor. A duct assembly including a turbine blade, wherein the combustor is coupled to a burner having a plurality of nozzles for injecting fuel and air, and one side of the burner, the fuel and the air are burned inside, and the combusted gas is delivered to the turbine Including, wherein the nozzles are formed between a plurality of injection tubes through which air and fuel move and the injection tubes and including a fuel passage through which fuel moves, and are spaced apart from each other in front of the multi-tube, and a plurality of It may include a mixing plate having a mixing hole for mixing the fuel and air injected from the multi-tube.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 측면에 따른 연소기용 노즐, 연소기 및 가스 터빈에 의하면, 멀티 튜브의 전방에 믹싱 플레이트가 설치되어 연료와 공기가 균일하게 혼합될 수 있다.As described above, according to the combustor nozzle, the combustor, and the gas turbine according to an aspect of the present invention, the mixing plate is installed in front of the multi-tube so that fuel and air can be uniformly mixed.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 터빈의 내부가 도시된 도면이다.
도 2는 도 1의 연소기를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 버너를 정면에서 본 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 노즐을 길이방향으로 잘라 본 단면도이다.
도 5는 도 4에서 Ⅴ-Ⅴ을 따라 잘라 본 단면도다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 노즐의 일부를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 노즐의 일부를 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 노즐의 일부를 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 노즐의 일부를 도시한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 노즐의 일부를 도시한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제7 실시예에 따른 노즐의 일부를 도시한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제8 실시예에 따른 분사 튜브를 길이방향으로 잘라 본 부분 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제8 실시예에 따른 분사 튜브를 반경방향으로 잘라 본 부분 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제8 실시예의 일 변형예에 따른 분사 튜브를 반경방향으로 잘라 본 부분 단면도이다.
도 15는 본 발명의 제8 실시예의 다른 변형예 따른 분사 튜브를 반경방향으로 잘라 본 부분 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제9 실시예에 따른 분사 튜브를 반경방향으로 잘라 본 부분 단면도이다.
도 17은 본 발명의 제10 실시예에 따른 분사 튜브를 길이방향으로 잘라 본 부분 단면도이다.1 is a view showing the inside of a gas turbine according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing the combustor of FIG. 1 .
3 is a front view of a burner according to a first embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view taken along the longitudinal direction of the nozzle according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line V-V in FIG. 4 .
6 is a cross-sectional view illustrating a part of a nozzle according to a second embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view illustrating a part of a nozzle according to a third embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view showing a part of a nozzle according to a fourth embodiment of the present invention.
9 is a cross-sectional view showing a part of a nozzle according to a fifth embodiment of the present invention.
10 is a cross-sectional view showing a part of a nozzle according to a sixth embodiment of the present invention.
11 is a cross-sectional view illustrating a part of a nozzle according to a seventh embodiment of the present invention.
12 is a partial cross-sectional view of the injection tube according to the eighth embodiment of the present invention taken in the longitudinal direction.
13 is a partial cross-sectional view of a spray tube according to an eighth embodiment of the present invention, taken in a radial direction.
14 is a partial cross-sectional view of an injection tube according to a modification of the eighth embodiment of the present invention, as viewed in a radial direction.
15 is a partial cross-sectional view of an injection tube according to another modified example of the eighth embodiment of the present invention, cut in a radial direction.
16 is a partial cross-sectional view of a spray tube according to a ninth embodiment of the present invention taken in a radial direction.
17 is a partial cross-sectional view of the injection tube according to the tenth embodiment of the present invention taken in the longitudinal direction.
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.Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
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. The terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as 'comprise' or 'have' are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, and one or more other features It is to be understood that this does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
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. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. At this time, it should be noted that in the accompanying drawings, the same components are denoted by the same reference numerals as much as possible. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted. For the same reason, some components are exaggerated, omitted, or schematically illustrated in the accompanying drawings.
이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 터빈에 대해서 설명한다.Hereinafter, a gas turbine according to a first embodiment of the present invention will be described.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부가 도시된 도면이며, 도 2는 도 1의 연소기를 도시한 도면이다. FIG. 1 is a view showing the inside of a gas turbine according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing the combustor of FIG. 1 .
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. The thermodynamic cycle of the
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.As shown in FIG. 1 , the
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. Referring to FIG. 1 , a
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 압축기가 적용되는 것이 일반적이다. 이때, 다단 축류 압축기에서는, 압축기(1100)의 압축기 블레이드(1130)는 로터 디스크의 회전에 따라 회전하여 유입된 공기를 압축하면서 압축된 공기를 후단의 압축기 베인(1140)으로 이동시킨다. 공기는 다단으로 형성된 압축기 블레이드(1130)를 통과하면서 점점 더 고압으로 압축된다. The
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 압축기 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. The
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.The
터빈(1300)은 로터 디스크(1310)와 로터 디스크(1310)에 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 블레이드와 터빈 베인을 포함한다. 로터 디스크(1310)는 대략 원판 형태를 가지고 있고, 그 외주부에는 복수의 홈이 형성되어 있다. 홈은 굴곡면을 갖도록 형성되며 홈에 터빈 블레이드와 터빈 베인이 삽입된다. 터빈 베인은 회전하지 않도록 고정되며 터빈 블레이드를 통과한 연소 가스의 흐름 방향을 안내한다. 터빈 블레이드는 연소가스에 의하여 회전하면서 회전력을 생성한다.The
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), 노즐(1400), 덕트 조립체(1250)를 포함할 수 있다. On the other hand, the
연소기 케이싱(1210)은 복수의 버너(1220)를 감싸며 대략 원형 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.The
가스 터빈(1000)에는 가스 연료가 사용될 수 있으며, 특히 수소를 포함하는 연료가 사용될 수 있다. 연료는 수소 연료 단독 또는 수소와 천연가스를 포함하는 연료로 이루어질 수 있다.A gas fuel may be used for the
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.Compressed air flows along the outer surface of the
덕트 조립체(1250)는 라이너(1251)와 트랜지션피스(1252), 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) 안쪽의 환형 공간 안으로 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.The
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.And, the
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 버너를 정면에서 본 도면이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 노즐을 길이방향으로 잘라 본 단면도이며, 도 5는 도 4에서 Ⅴ-Ⅴ을 따라 잘라 본 단면도다.3 is a front view of a burner according to a first embodiment of the present invention, FIG. 4 is a longitudinal cross-sectional view of a nozzle according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 5 is V- in FIG. It is a cross-sectional view taken along Ⅴ.
도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면, 노즐(1400)은 공기와 연료가 이동하는 복수의 분사 튜브(1420)와 연료가 이동하는 연료 통로(1431)를 포함하는 멀티 튜브(1410), 및 멀티 튜브(1410)의 전방에 설치되어 연료와 공기를 혼합하는 믹싱 플레이트(1450)를 포함할 수 있다.3 to 5, the
또한, 노즐(1400)은 멀티 튜브(1410)에 연료를 공급하는 연료 공급관(1430)을 더 포함할 수 있다. 여기서 연료는 수소를 포함하는 가스로 이루어질 수 있다.In addition, the
멀티 튜브(1410)는 수소 가스를 이용하여 여러 개의 작은 화염을 형성할 수 있도록 복수의 분사 튜브(1420)를 포함할 수 있다. 복수의 분사 튜브(1420)들은 멀티 튜브(1410) 내에서 간격을 두고 이격 배치되며 서로 평행하게 형성될 수 있다. 멀티 튜브(1410)는 수소와 공기를 미세하게 분사할 수 있다.The multi-tube 1410 may include a plurality of
멀티 튜브(1410)의 선단에는 차단판(1415)이 설치되어 연료가 이동하는 연료 통로를 형성한다. 차단판(1415)은 분사 튜브(1420) 사이의 공간을 막아서 연료가 누출되는 것을 방지한다. A
연료 공급관(1430)을 통해서 멀티 튜브(1410) 내부로 유입된 연료는 연료 통로(1431)를 따라 이동하며, 분사 튜브(1420)는 연료 통로(1431)를 관통하도록 설치되므로 연료 통로(1431)가 분사 튜브(1420)를 감싸고 있다.The fuel introduced into the multi-tube 1410 through the
분사 튜브(1420)에는 연료가 유입되는 복수의 연료 유입홀(1421)이 형성되고, 연료 유입홀(1421)은 분사 튜브(1420)의 둘레 방향으로 이격 배치될 수 있다. 복수의 연료 유입홀(1421)은 분사 튜브(1420)의 길이방향으로 이격 배치될 수도 있다. 또한, 분사 튜브(1420)에는 연료와 혼합된 공기가 분사되는 분사구(1425)가 형성될 수 있다.A plurality of fuel inlet holes 1421 through which fuel is introduced may be formed in the
믹싱 플레이트(1450)는 멀티 튜브(1410)의 선단에서 전방으로 이격 배치되며, 복수의 믹싱 홀(1451)을 구비하여 멀티 튜브(1410)에서 분사되는 공기와 연료를 혼합한다. 믹싱 플레이트(1450)는 멀티 튜브(1410)에서 이격되어 믹싱 플레이트(1450)와 멀티 튜브(1410) 사이에는 공기와 연료가 혼합되는 혼합 공간(MS)이 형성된다. 분사 튜브(1420)에서 분사된 공기와 연료는 부분적으로 난류를 형성하면서 혼합 공간(MS)에서 혼합되어 믹싱 플레이트(1450)를 통해서 배출될 수 있다.The
믹싱 홀(1451)은 분사구(1425)가 형성된 위치와 대응되는 위치에 형성되어 분사구(1425)와 마주하며, 믹싱 플레이트(1450)에서 막힌 부분은 멀티 튜브(1410)의 선단에 설치된 차단판(1415)과 마주하도록 배치된다.The
이에 따라 본 제1 실시예에 따르면 연료 공급관(1430)을 통해서 유입된 연료는 연료 통로(1431)로 이동하다가 연료 유입홀(1421)을 통해서 분사 튜브(1420)로 유입되며 공기와 함께 혼합 공간으로 분사된다. 혼합 공간(MS)으로 분사된 공기와 연료는 혼합 된 후에 믹싱 홀(1451)을 통해서 분사되어 연소될 수 있다. 이에 따라 공기와 연료가 보다 균일하게 혼합되어 안정적으로 화염을 형성할 수 있다.Accordingly, according to the first embodiment, the fuel introduced through the
이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 믹싱 플레이트에 대해서 설명한다. 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 노즐의 일부를 도시한 단면도이다.Hereinafter, a mixing plate according to a second embodiment of the present invention will be described. 6 is a cross-sectional view illustrating a part of a nozzle according to a second embodiment of the present invention.
도 6을 참조하여 설명하면, 본 제2 실시예에 따른 노즐(1402)은 공기와 연료가 이동하는 복수의 분사 튜브(1420)와 연료가 이동하는 연료 통로(1431)를 포함하는 멀티 튜브(1410), 및 멀티 튜브(1410)의 전방에 설치되어 연료와 공기를 혼합하는 믹싱 플레이트(1460)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the
믹싱 플레이트(1460)는 멀티 튜브(1410)의 선단에서 전방으로 이격 배치되며, 복수의 믹싱 홀(1461)을 구비하여 멀티 튜브(1410)에서 분사되는 공기와 연료를 혼합한다. 분사 튜브(1420)에서 분사된 공기와 연료는 부분적으로 난류를 형성하면서 혼합되어 믹싱 플레이트(1460)를 통해서 배출될 수 있다.The
믹싱 홀(1461)은 분사구(1425)가 형성된 위치와 대응되는 위치에 형성되어 분사구(1425)와 마주하며, 믹싱 플레이트(1460)에서 막힌 부분은 멀티 튜브(1410)의 선단에 설치된 차단판(1415)과 마주하도록 배치된다.The
믹싱 홀(1461)은 전방으로 갈수록 내경이 점진적으로 감소하도록 형성되며, 대략 원뿔대 형상으로 이루어질 수 있다. 이에 따라 믹싱 홀(1461)을 통과하는 공기와 연료는 분사 속도가 증가하게 된다. 이에 따라 빠른 속도로 분사되는 연료에 의하여 화염의 역화를 방지할 수 있다.The
이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 믹싱 플레이트에 대해서 설명한다. 도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 노즐의 일부를 도시한 단면도이다.Hereinafter, a mixing plate according to a third embodiment of the present invention will be described. 7 is a cross-sectional view illustrating a part of a nozzle according to a third embodiment of the present invention.
도 7을 참조하여 설명하면, 본 제3 실시예에 따른 노즐(1403)은 공기와 연료가 이동하는 복수의 분사 튜브(1420)와 연료가 이동하는 연료 통로(1431)를 포함하는 멀티 튜브(1410), 및 멀티 튜브(1410)의 전방에 설치되어 연료와 공기를 혼합하는 믹싱 플레이트(1470)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the
믹싱 플레이트(1470)는 멀티 튜브(1410)의 선단에서 전방으로 이격 배치되며, 복수의 믹싱 홀(1471)을 구비하여 멀티 튜브(1410)에서 분사되는 공기와 연료를 혼합한다. 분사 튜브(1420)에서 분사된 공기와 연료는 부분적으로 난류를 형성하면서 혼합되어 믹싱 플레이트(1470)를 통해서 배출될 수 있다. The mixing plate 1470 is spaced apart from the front end of the multi-tube 1410 and has a plurality of mixing
믹싱 홀(1471)은 분사구(1425)가 형성된 위치와 대응되는 위치에 형성되어 분사구(1425)와 마주하며, 믹싱 플레이트(1470)에서 막힌 부분은 멀티 튜브(1410)의 선단에 설치된 차단판(1415)과 마주하도록 배치된다.The
믹싱 홀(1471)은 전방으로 갈수록 내경이 점진적으로 감소하는 수축부(1472)와 수축부(1472)의 선단에 연결되며 전방으로 갈수록 내경이 점진적으로 확장부(1473)를 포함할 수 있다. 이에 따라 믹싱 홀(1471)을 통과하는 공기와 연료는 수축부(1472)를 통과하면서 분사 속도가 증가하고, 확장부(1473)를 통과하면서 유동이 균일화될 수 있다.The
이하에서는 본 발명의 제4 실시예에 따른 믹싱 플레이트에 대해서 설명한다. 도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 노즐의 일부를 도시한 단면도이다.Hereinafter, a mixing plate according to a fourth embodiment of the present invention will be described. 8 is a cross-sectional view showing a part of a nozzle according to a fourth embodiment of the present invention.
도 8을 참조하여 설명하면, 본 제4 실시예에 따른 노즐(1404)은 공기와 연료가 이동하는 복수의 분사 튜브(1420)와 연료가 이동하는 연료 통로(1431)를 포함하는 멀티 튜브(1410), 및 멀티 튜브(1410)의 전방에 설치되어 연료와 공기를 혼합하는 믹싱 플레이트(1470)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8 , the
믹싱 플레이트(1480)는 멀티 튜브(1410)의 선단에서 전방으로 이격 배치되며, 복수의 믹싱 홀(1481)을 구비하여 멀티 튜브(1410)에서 분사되는 공기와 연료를 혼합한다. 분사 튜브(1420)에서 분사된 공기와 연료는 부분적으로 난류를 형성하면서 혼합되어 믹싱 플레이트(1480)를 통해서 배출될 수 있다.The
믹싱 홀(1481)은 멀티 튜브(1410)의 선단에 설치된 차단판(1415)과 대응되는 위치에 형성되어 차단판(1415)과 마주한다. 또한, 믹싱 플레이트(1480)에서 막힌 부분은 분사구(1425)와 마주할 수 있다.The
이에 따라 분사구(1425)에서 분사된 공기와 연료는 전방으로 이동하지 못하고, 측방향으로 분산되어 이동하면서 혼합되어 믹싱 홀(1481)을 통해서 분사될 수 있다. Accordingly, the air and fuel injected from the
이하에서는 본 발명의 제5 실시예에 따른 믹싱 플레이트에 대해서 설명한다. 도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 노즐의 일부를 도시한 단면도이다.Hereinafter, a mixing plate according to a fifth embodiment of the present invention will be described. 9 is a cross-sectional view showing a part of a nozzle according to a fifth embodiment of the present invention.
도 9를 참조하여 설명하면, 본 제5 실시예에 따른 노즐(1405)은 공기와 연료가 이동하는 복수의 분사 튜브(1420)와 연료가 이동하는 연료 통로(1431)를 포함하는 멀티 튜브(1410), 및 멀티 튜브(1410)의 전방에 설치되어 연료와 공기를 혼합하는 믹싱 플레이트(1490)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9 , the
믹싱 플레이트(1490)는 멀티 튜브(1410)의 선단에서 전방으로 이격 배치되며, 복수의 믹싱 홀(1491)을 구비하여 멀티 튜브(1410)에서 분사되는 공기와 연료를 혼합한다. 분사 튜브(1420)에서 분사된 공기와 연료는 부분적으로 난류를 형성하면서 혼합되어 믹싱 플레이트(1490)를 통해서 배출될 수 있다.The
믹싱 홀(1491)은 멀티 튜브(1410)의 선단에 설치된 차단판(1415)과 대응되는 위치에 형성되어 차단판(1415)과 마주한다. 또한, 믹싱 플레이트(1490)에서 막힌 부분은 분사구(1425)와 마주할 수 있다.The
믹싱 홀(1491)은 선단으로 갈수록 내경이 점진적으로 감소하는 수축부(1492)와 수축부(1492)의 선단에 연결되며, 내경이 균일하게 유지되는 원통부(1493)를 포함할 수 있다. 이에 따라 연료와 공기는 수축부(1492)를 통과하면서 분사 속도가 증가하고, 원통부(1493)를 통과하면서 유동이 균일화될 수 있다.The
이하에서는 본 발명의 제6 실시예에 따른 믹싱 플레이트에 대해서 설명한다. 도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 노즐의 일부를 도시한 단면도이다.Hereinafter, a mixing plate according to a sixth embodiment of the present invention will be described. 10 is a cross-sectional view showing a part of a nozzle according to a sixth embodiment of the present invention.
도 10을 참조하여 설명하면, 본 제6 실시예에 따른 노즐(2401)은 공기와 연료가 이동하는 복수의 분사 튜브(2420)와 연료가 이동하는 연료 통로(2431)를 포함하는 멀티 튜브(2410), 및 멀티 튜브(2410)의 전방에 설치되어 연료와 공기를 혼합하는 믹싱 플레이트(2430)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 10 , the
믹싱 플레이트(2430)는 멀티 튜브(2410)의 선단에서 전방으로 이격 배치되며, 복수의 믹싱 홀(2431)을 구비하여 멀티 튜브(2410)에서 분사되는 공기와 연료를 혼합한다. 분사 튜브(2420)에서 분사된 공기와 연료는 부분적으로 난류를 형성하면서 혼합되어 믹싱 플레이트(2430)를 통해서 배출될 수 있다. The
믹싱 홀(2431)은 분사 튜브(2420)에 형성된 분사구(2425) 사이에 위치하며, 믹싱 플레이트(2430)에서 분사구(2425)와 대응되는 부분은 막혀 있다. 분사 튜브(2420)의 전방에는 선단으로 갈수록 내경이 점진적으로 증가하는 나팔관(2426)이 설치된다. 이에 따라 분사 튜브(2420)에서 분사된 연료는 보다 용이하게 옆으로 이동할 수 있다. 믹싱 홀(2431)은 선단으로 갈수록 단면적이 점진적으로 감소하도록 형성된다. 이에 따라 분사구(2425)에서 분사된 연료는 분할되어 믹싱 홀(2431)로 유입되며, 믹싱 홀(2431)은 연료의 분사 속도를 증가시켜서 역화를 방지할 수 있다.The
이하에서는 본 발명의 제7 실시예에 따른 믹싱 플레이트에 대해서 설명한다. 도 11은 본 발명의 제7 실시예에 따른 노즐의 일부를 도시한 단면도이다.Hereinafter, a mixing plate according to a seventh embodiment of the present invention will be described. 11 is a cross-sectional view illustrating a part of a nozzle according to a seventh embodiment of the present invention.
도 11을 참조하여 설명하면, 본 제7 실시예에 따른 노즐(2402)은 공기와 연료가 이동하는 복수의 분사 튜브(2420)와 연료가 이동하는 연료 통로(2431)를 포함하는 멀티 튜브(2410), 및 멀티 튜브(2410)의 전방에 설치되어 연료와 공기를 혼합하는 믹싱 플레이트(2440)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 11 , the
믹싱 플레이트(2440)는 멀티 튜브(2410)의 선단에서 전방으로 이격 배치되며, 복수의 믹싱 홀(2441)을 구비하여 멀티 튜브(2410)에서 분사되는 공기와 연료를 혼합한다. 분사 튜브(2420)에서 분사된 공기와 연료는 부분적으로 난류를 형성하면서 혼합되어 믹싱 플레이트(2440)를 통해서 배출될 수 있다.The
분사 튜브(2420)의 전방에는 선단으로 갈수록 내경이 점진적으로 증가하는 나팔관(2426)이 설치된다. 이에 따라 분사 튜브(2420)에서 분사된 연료는 나팔관에서 퍼지면서 보다 용이하게 옆으로 이동할 수 있다.In front of the
믹싱 홀(2441)은 분사 튜브(2420)에 형성된 분사구(2425)와 간격을 두고 마주하는 제1 믹싱 홀(2442)과 멀티 튜브(2410)의 선단에 설치된 차단판(2415)과 마주하는 제2 믹싱 홀(2443)을 포함할 수 있다. 제1 믹싱 홀(2442)들 사이에 제2 믹싱 홀(2443)이 배치되며, 제1 믹싱 홀(2442)의 제1 내경(D11)은 제2 믹싱 홀(2443)의 제2 내경(D12)보다 더 작게 형성될 수 있다. The
이에 따라 분사구(2425)에서 분사된 연료의 일부는 제1 믹싱 홀(2442)을 통해서 배출되고, 나머지 연료는 제2 믹싱 홀(2443)을 통해서 배출될 수 있다. 또한, 제2 내경(D12)이 더 크므로 분사구(2425) 사이에 위치하는 제2 믹싱 홀(2443)을 통해서 더 많은 연료가 분사되고, 이 과정에서 연료가 균일하게 혼합될 수 있다. 또한, 믹싱 홀(2441)의 개수는 분사구(2425)의 개수의 2배로 이루어질 수 있는데, 이에 따라 연료가 더욱 미세하게 분사되어 안정적인 화염을 형성할 수 있다.Accordingly, a portion of the fuel injected from the
이하에서는 본 발명의 제8 실시예에 따른 노즐에 대해서 설명한다. Hereinafter, a nozzle according to an eighth embodiment of the present invention will be described.
도 12는 본 발명의 제8 실시예에 따른 분사 튜브를 길이방향으로 잘라 본 부분 단면도이고, 도 13은 본 발명의 제8 실시예에 따른 분사 튜브를 반경방향으로 잘라 본 부분 단면도이다.12 is a partial cross-sectional view of the injection tube according to the eighth embodiment of the present invention, taken in the longitudinal direction, and FIG.
도 12 및 도 13을 참조하여 설명하면, 분사 튜브(3420)에는 연료 통로와 연결되며 분사 튜브(3420)로 연료가 유입되는 복수의 연료 유입홀(3421)이 형성되고, 연료 유입홀(3421)의 후방에는 공기가 통과하는 복수의 분산 홀(3431)이 형성된 분산판(3430)이 설치된다. 여기서 후방이라 함은 연료의 이동방향을 기준으로 뒤쪽을 의미한다.12 and 13 , a plurality of fuel inlet holes 3421 connected to the fuel passage and through which fuel flows into the
분산판(3430)은 분사 튜브(3420)의 내벽에 부착된 제1 측면(3435)과 제1 측면(3435)에 연결되며 호형으로 돌출된 제2 측면(3436)을 포함할 수 있다. 이에 따라 분산판(3430)은 중심에서 양쪽 측단으로 갈수록 폭이 점진적으로 감소하도록 형성된다.The
또한, 분산판(3430)은 호형으로 만곡 형성되며, 연료 유입홀(3421)의 후방에서 연료 유입홀(3421)을 부분적으로 덮도록 전방을 향하여 경사지게 설치된다. 분산 홀(3431)은 원형으로 이루어질 수 있으며, 복수의 분산 홀(3431)이 분산판(3430)에 고르게 배치될 수 있다.In addition, the
다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 도 14에 도시된 바와 같이 분산판(3440)에 형성된 분산 홀(3441)은 분사 튜브(3420)의 반경 방향으로 길게 이어져 형성되거나, 도 15에 도시된 바와 같이 분산판(3450)에 형성된 분산 홀(3451)은 분사 튜브(3420)의 둘레 방향으로 길게 이어져 형성될 수도 있다.However, the present invention is not limited thereto, and as shown in FIG. 14 , the dispersion holes 3441 formed in the
본 제8 실시예와 같이 연료 유입홀(3421)의 후방에 분산판(3430)이 설치되면 분산판(3430)을 통과한 공기가 난류를 형성하여 연료와 공기가 보다 균일하게 혼합될 수 있다.When the
이하에서는 본 발명의 제9 실시예에 따른 노즐에 대해서 설명한다. 도 16은 본 발명의 제9 실시예에 따른 분사 튜브를 반경방향으로 잘라 본 부분 단면도이다.Hereinafter, a nozzle according to a ninth embodiment of the present invention will be described. 16 is a partial cross-sectional view of a spray tube according to a ninth embodiment of the present invention taken in a radial direction.
도 16을 참조하여 설명하면, 분사 튜브(3420)에는 연료 통로와 연결되며 분사 튜브(3420)로 연료가 유입되는 복수의 연료 유입홀이 형성되고, 연료 유입홀의 후방에는 공기가 통과하는 복수의 분산 홀(3461)이 형성된 분산판(3460)이 설치된다. Referring to FIG. 16 , a plurality of fuel inlet holes are formed in the
분산판(3460)은 분사 튜브(3420)의 내벽에 부착된 제1 측면(3465)과 제1 측면(3465)에 연결되며 분사 튜브(3420)의 중심을 향하여 돌출된 제2 측면(3466)을 포함할 수 있다. 분산 홀(3461)은 분사 튜브(3420)의 둘레 방향으로 길게 이어져 형성될 수 있다.The
분산판(3460)의 내측단부, 즉, 제2 측면(3466)에는 분사 튜브(3420)의 중심을 향하여 돌출된 와류 형성 돌기(3462)가 형성될 수 있다. 제2 측면(3466)은 와류 형성 돌기(3462)에 의하여 물결 무늬 형상으로 이루어질 수 있다. 이에 따라 와류 형성 돌기(3462)에 의하여 와류가 유도되어 공기와 연료가 보다 균일하게 혼합될 수 있다.A
이하에서는 본 발명의 제10 실시예에 따른 노즐에 대해서 설명한다. Hereinafter, a nozzle according to a tenth embodiment of the present invention will be described.
도 17은 본 발명의 제10 실시예에 따른 분사 튜브를 길이방향으로 잘라 본 부분 단면도이다.17 is a partial cross-sectional view of the injection tube according to the tenth embodiment of the present invention taken in the longitudinal direction.
분사 튜브(3420)에는 연료 통로와 연결되며 분사 튜브(3420)로 연료가 유입되는 복수의 연료 유입홀(3421)이 형성되고, 연료 유입홀(3421)의 전방에는 복수의 유도 홀(3471)이 형성된 연료 유도판(3470)이 설치된다. 여기서 전방이라 함은 연료의 이동방향으로 앞쪽을 의미한다.A plurality of fuel inlet holes 3421 connected to the fuel passage and through which fuel flows into the
연료 유도판(3470)은 호형으로 만곡 형성되며, 전방을 향하여 경사지게 설치된다. 유도 홀(3471)은 원형으로 이루어질 수 있으며, 복수의 유도 홀(3471)이 연료 유도판(3470)에 고르게 배치될 수 있다.The
이와 같이 본 실시예에 따르면 연료 유도판(3470)이 설치되어 연료가 분산될 수 있을 뿐만 아니라, 연료가 분사 튜브(3420)의 벽면과 인접한 부분에 밀집되는 것을 방지할 수 있다. 연료가 연료 유입홀(3421)에서 유입되면 분사 튜브(3420) 내부로 균일하게 퍼지지 못하고 다량의 연료가 분사 튜브(3420)의 벽면을 따라 이동하는 문제가 발생할 수 있다. 그러나 본 제10 실시예에 따르면 연료 유도판(3470)에 의하여 연료가 균일하게 분산될 수 있다.As described above, according to the present embodiment, the
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.Above, an embodiment of the present invention has been described, but those of ordinary skill in the art can add, change, delete or add components within the scope that does not depart from the spirit of the present invention described in the claims. The present invention may be variously modified and changed by such as, and it will be said that it is also included within the scope of the present invention.
1000: 가스 터빈 1100: 압축기
1130: 압축기 블레이드 1140: 베인
1150: 하우징 1200: 연소기
1210: 연소기 케이싱 1220: 버너
1240: 연소실
1400, 1402, 1403, 1404, 1405, 2401, 2402: 노즐
1410: 멀티 튜브 1415, 2415: 차단판
1420, 2420, 3420: 분사 튜브 1421, 3421: 연료 유입홀
1425, 2425: 분사구 1430: 연료 공급관
1450, 1460, 1470, 1480, 1490, 2430, 2440: 믹싱 플레이트
1451, 1461, 1471, 1481, 1491, 2431, 2441: 믹싱 홀
1472, 1492: 수축부 1473: 확장부
1493: 원통부 2426: 나팔관
2442: 제1 믹싱 홀 2443: 제2 믹싱 홀
3430, 3440, 3450, 3460: 분산판 3431, 3441, 3451, 3461: 분산 홀
3470: 연료 유도판 3471: 유도 홀1000: gas turbine 1100: compressor
1130: compressor blade 1140: vane
1150: housing 1200: combustor
1210: combustor casing 1220: burner
1240: combustion chamber
1400, 1402, 1403, 1404, 1405, 2401, 2402: Nozzle
1410:
1420, 2420, 3420:
1425, 2425: nozzle 1430: fuel supply pipe
1450, 1460, 1470, 1480, 1490, 2430, 2440: mixing plate
1451, 1461, 1471, 1481, 1491, 2431, 2441: mixing hall
1472, 1492: constricted portion 1473: expanded portion
1493: cylindrical part 2426: fallopian tube
2442: first mixing hole 2443: second mixing hole
3430, 3440, 3450, 3460:
3470: fuel guide plate 3471: guide hole
Claims (20)
공기와 연료가 이동하는 복수의 분사 튜브와 상기 분사 튜브 사이에 형성되며 연료가 이동하는 연료 통로를 포함하는 멀티 튜브; 및
상기 멀티 튜브의 선단에서 이격 배치되며, 복수의 믹싱 홀을 구비하여 상기 멀티 튜브에서 분사되는 연료와 공기를 혼합하는 믹싱 플레이트;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.In the combustor nozzle for burning fuel containing hydrogen,
a plurality of injection tubes through which air and fuel move and a multi-tube formed between the injection tubes and including a fuel passage through which fuel moves; and
a mixing plate spaced apart from the front end of the multi-tube and having a plurality of mixing holes to mix fuel and air injected from the multi-tube;
A nozzle for a combustor comprising a.
상기 믹싱 홀은 상기 분사 튜브에 형성된 분사구와 간격을 두고 마주하도록 배치되며, 상기 믹싱 플레이트에서 막힌 부분은 멀티 튜브의 선단에 설치된 차단판과 마주하도록 배치된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.The method of claim 1,
The mixing hole is disposed to face the injection hole formed in the injection tube at a distance, and the blocked part of the mixing plate is disposed to face the blocking plate installed at the tip of the multi-tube.
상기 믹싱 홀은 전방으로 갈수록 내경이 점진적으로 감소하도록 형성된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.3. The method of claim 2,
The mixing hole is a nozzle for a combustor, characterized in that the inner diameter is formed to gradually decrease toward the front.
상기 믹싱 홀은 전방으로 갈수록 내경이 점진적으로 감소하는 수축부와 상기 수축부의 선단에 연결되며 전방으로 갈수록 내경이 점진적으로 확장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.3. The method of claim 2,
The mixing hole is a nozzle for a combustor, characterized in that it includes a constricted portion whose inner diameter is gradually reduced toward the front, and a portion connected to the tip of the constricted portion and whose inner diameter is gradually expanded toward the front.
상기 믹싱 홀은 상기 멀티 튜브의 선단에 설치된 차단판과 마주하도록 배치된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.The method of claim 1,
The mixing hole is a combustor nozzle, characterized in that it is disposed to face the blocking plate installed at the tip of the multi-tube.
상기 믹싱 홀은 선단으로 갈수록 내경이 점진적으로 감소하도록 형성되며,
상기 분사 튜브의 선단에는 전방으로 갈수록 외측으로 확장되는 나팔관이 설치된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.6. The method of claim 5,
The mixing hole is formed such that the inner diameter gradually decreases toward the tip,
A nozzle for a combustor, characterized in that a fallopian tube extending outward toward the front is installed at the tip of the injection tube.
상기 믹싱 홀은 선단으로 갈수록 내경이 점진적으로 감소하는 수축부와 상기 수축부의 선단에 연결되며, 내경이 균일하게 유지되는 원통부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.6. The method of claim 5,
The mixing hole is a nozzle for a combustor, characterized in that it comprises a constricted portion whose inner diameter is gradually reduced toward the front end, and a cylindrical portion connected to the front end of the constricted portion, the inner diameter of which is maintained uniformly.
상기 믹싱 홀은 상기 분사 튜브에 형성된 분사구와 간격을 두고 마주하는 제1 믹싱 홀과 상기 멀티 튜브의 선단에 설치된 차단판과 마주하는 제2 믹싱 홀을 포함하고, 상기 제1 믹싱 홀의 내경은 상기 제2 믹싱 홀의 내경보다 더 작게 형성된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.The method of claim 1,
The mixing hole includes a first mixing hole facing the injection hole formed in the injection tube at a distance from each other and a second mixing hole facing the blocking plate installed at the tip of the multi-tube, and the inner diameter of the first mixing hole is the first mixing hole. 2 A nozzle for a combustor, characterized in that it is formed smaller than the inner diameter of the mixing hole.
상기 분사 튜브에는 상기 연료 통로와 연결되며 상기 분사 튜브로 연료가 유입되는 복수의 연료 유입홀이 형성되고,
상기 연료 유입홀의 후방에는 공기가 통과하는 복수의 분산 홀이 형성된 분산판이 설치된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.The method of claim 1,
A plurality of fuel inlet holes connected to the fuel passage and through which fuel is introduced into the injection tube are formed in the injection tube,
A nozzle for a combustor, characterized in that a dispersion plate having a plurality of dispersion holes through which air passes is installed at the rear of the fuel inlet hole.
상기 분산판은 전방을 향하여 호형으로 만곡 형성되며, 상기 연료 유입홀의 후방에서 상기 연료 유입홀을 부분적으로 덮도록 전방을 향하여 경사지게 설치된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.10. The method of claim 9,
wherein the dispersion plate is curved in an arc shape toward the front, and is installed to be inclined toward the front so as to partially cover the fuel inlet hole from the rear of the fuel inlet hole.
상기 분산판은 중심에서 양쪽 측단으로 갈수록 폭이 점진적으로 감소하도록 형성된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.10. The method of claim 9,
The dispersion plate is a nozzle for a combustor, characterized in that it is formed to gradually decrease in width from the center toward both side ends.
상기 분산판의 내측단부에는 상기 분사 튜브의 중심을 향하여 돌출된 복수의 와류 형성 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.10. The method of claim 9,
A nozzle for a combustor, characterized in that a plurality of vortex forming projections protruding toward the center of the injection tube are formed at the inner end of the dispersion plate.
복수의 상기 분산 홀은 상기 분사 튜브의 반경 방향으로 이어져 형성된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.10. The method of claim 9,
A plurality of the dispersion holes are nozzles for a combustor, characterized in that formed continuously in a radial direction of the injection tube.
복수의 상기 분산 홀은 상기 분사 튜브의 둘레 방향으로 이어져 형성된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.10. The method of claim 9,
A plurality of the dispersion holes are nozzles for a combustor, characterized in that formed continuously in the circumferential direction of the injection tube.
상기 분사 튜브에는 상기 연료 통로와 연결되며 상기 분사 튜브로 연료가 유입되는 복수의 연료 유입홀이 형성되고,
상기 연료 유입홀의 전방에는 복수의 유도 홀이 형성된 연료 유도판이 설치된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.The method of claim 1,
A plurality of fuel inlet holes connected to the fuel passage and through which fuel is introduced into the injection tube are formed in the injection tube,
A nozzle for a combustor, characterized in that a fuel guide plate having a plurality of guide holes formed thereon is installed in front of the fuel inlet hole.
상기 노즐은,
공기와 연료가 이동하는 복수의 분사 튜브와 상기 분사 튜브 사이에 형성되며 연료가 이동하는 연료 통로를 포함하는 멀티 튜브; 및
상기 멀티 튜브의 전방에서 이격 배치되며, 복수의 믹싱 홀을 구비하여 상기 멀티 튜브에서 분사되는 연료와 공기를 혼합하는 믹싱 플레이트;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기.A burner having a plurality of nozzles for injecting fuel and air, the combustor comprising a duct assembly coupled to one side of the burner, the fuel and the air are burned inside, and a duct assembly for delivering the burned gas to a turbine,
The nozzle is
a plurality of injection tubes through which air and fuel move and a multi-tube formed between the injection tubes and including a fuel passage through which fuel moves; and
a mixing plate spaced apart from the front of the multi-tube and having a plurality of mixing holes to mix fuel and air injected from the multi-tube;
A combustor comprising a.
상기 믹싱 홀은 상기 분사 튜브에 형성된 분사구와 간격을 두고 마주하도록 배치되며, 상기 믹싱 플레이트에서 막힌 부분은 멀티 튜브의 선단에 설치된 차단판과 마주하도록 배치된 것을 특징으로 하는 연소기.17. The method of claim 16,
The mixing hole is disposed to face the injection hole formed in the injection tube at a distance, and the blocked part of the mixing plate is disposed to face the blocking plate installed at the tip of the multi-tube.
상기 분사 튜브에는 상기 연료 통로와 연결되며 상기 분사 튜브로 연료가 유입되는 복수의 연료 유입홀이 형성되고,
상기 연료 유입홀의 후방에는 공기가 통과하는 복수의 분산 홀이 형성된 분산판이 설치된 것을 특징으로 하는 연소기.17. The method of claim 16,
A plurality of fuel inlet holes connected to the fuel passage and through which fuel is introduced into the injection tube are formed in the injection tube,
A combustor, characterized in that a dispersion plate having a plurality of dispersion holes through which air passes is installed at the rear of the fuel inlet hole.
상기 분사 튜브에는 상기 연료 통로와 연결되며 상기 분사 튜브로 연료가 유입되는 복수의 연료 유입홀이 형성되고,
상기 연료 유입홀의 전방에는 복수의 유도 홀이 형성된 연료 유도판이 설치된 것을 특징으로 하는 연소기.17. The method of claim 16,
A plurality of fuel inlet holes connected to the fuel passage and through which fuel is introduced into the injection tube are formed in the injection tube,
A combustor characterized in that a fuel guide plate having a plurality of guide holes formed thereon is installed in front of the fuel inlet hole.
상기 연소기는, 연료와 공기를 분사하는 복수의 노즐을 갖는 버너와 상기 버너의 일측에 결합되며 상기 연료와 상기 공기가 내부에서 연소되며 연소된 가스를 터빈으로 전달하는 덕트 조립체를 포함하고,
상기 노즐은, 공기와 연료가 이동하는 복수의 분사 튜브와 상기 분사 튜브 사이에 형성되며 연료가 이동하는 연료 통로를 포함하는 멀티 튜브, 및 상기 멀티 튜브의 전방에서 이격 배치되며, 복수의 믹싱 홀을 구비하여 상기 멀티 튜브에서 분사되는 연료와 공기를 혼합하는 믹싱 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.A gas turbine including a compressor for compressing air introduced from the outside, a combustor that mixes the compressed air and fuel compressed in the compressor, and a turbine including a plurality of turbine blades rotated by the combustion gas burned in the combustor As,
The combustor includes a burner having a plurality of nozzles for injecting fuel and air, and a duct assembly coupled to one side of the burner, the fuel and the air are combusted therein, and the combusted gas is delivered to the turbine,
The nozzle is formed between a plurality of injection tubes through which air and fuel move, and a multi-tube including a fuel passage through which fuel moves, and is spaced apart from the front of the multi-tube, and includes a plurality of mixing holes. Gas turbine comprising a mixing plate for mixing the fuel and air injected from the multi-tube provided.
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