KR200178127Y1 - 가스터어빈의 연료분사노즐 - Google Patents

Abstract

가스터어빈용 연료분사노즐에 관한 본 고안은, 단부내측에 오리피스를 구비하며, 또한 단부외주면에 수나사가 형성되어 있는 본체와; 상기 단부외주면의 수나사와 나사결합하되, 측부에 적어도 한 개 이상의 제 2관통구가 형성되며, 오리피스의 저면과 일정거리 이격되어 지지턱이 마련된 지지너트 및; 상기 오리피스의 저면과 지지턱에 개재되어 지지너트의 지지턱에 의해 상부로 가압지지되며, 측부에 적어도 한 개 이상의 제 1관통구가 형성된 스페이서를 포함한다. 이러한 가스터어빈의 연료분사노즐은 관통공을 통하여 오리피스의 연료가 분사되는 연료분사구에 공기가 공급되므로, 연료분사구에 탄소가 부착되지 않으므로, 연료가 항상 일정한 각도로 분사되어 일정한 연소효율을 기대할 수 있다. 또한 분사노즐에 탄소가 부착되지 못하므로 노즐이 항상 청결한 상태로 유지되며, 상기 탄소에 의한 연료분사구의 막힘이 발생하지 않아, 노즐의 고장이 발생하지 않는다. 따라서 가스터어빈을 유지하는데 비용이 적고, 정비시 연료분사노즐에 부착된 탄소를 제거하기 위하여 연료분사노즐을 연소실로부터 분리할 필요가 없는 이점이 있다.

Description

가스터어빈의 연료분사노즐

본 고안은 연료분사노즐에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스 터어빈에 설치된 연소실 내부에 연료를 분사하는 가스 터어빈의 연료분사노즐에 관한 것이다.

가스 터어빈은 고온 고압의 연소가스를 팽창시켜 터어빈을 회전시켜, 회전력을 얻는 회전식 내연기관이다. 가스터어빈은 공기를 흡입하는 인테이크(intake)와, 흡입된 공기를 압축하는 압축기와, 상기 압축된 공기에 연료를 분사하고, 동시에 점화플러그로 점화시켜 고온 고압의 연소가스를 팽창시키는 연소실과, 상기 팽창되는 연소가스에 의해 회전력을 얻어 회전하는 터어빈 및, 터어빈을 통과한 팽창가스를 분출하는 노즐로 이루어진다. 발전에 사용되는 가스 터어빈은 상기 터어빈의 회전력을 이용하여 전기를 얻는 장치이고, 항공기에 사용되는 가스 터어빈은 상기 노즐에서 분출하는 가스의 팽창력의 반작용에 의한 추력(thrust)을 얻는 장치이다.

상기한 바와 같이, 가스터어빈에 있어서 고온 고압의 팽창공기를 얻기 위해서는 연소실내에서 압축상태의 공기를 연소시켜야 한다. 압축공기를 연소시키기 위해서는 압축된 공기에 연료분사노즐로써 연료를 분사하고, 이와 동시에 점화플러그로 점화시킨 후 계속적으로 연료를 분사해 주어야 한다. 따라서 작동중인 가스터어빈의 연소실 내부에는 항상 화염이 가득차 있다. 그러나, 연소실 내부에 연료가 분사되어 압축공기가 계속적으로 팽창하는 동안, 분사된 연료에 의해 압축공기가 불완전 연소하기 때문에 연소실의 내벽과 연료분사노즐에 탄소층이 자리잡게 된다. 상기 탄소층중에 연료분사노즐의 노즐부에 자리잡게된 탄소는 연소효율에 직접적인 영향을 끼친다. 즉, 탄소층이 노즐부의 연료분사구에 끼이게됨으로써, 분사되는 연료의 분사각이 일정치 못하게 되어 연소효율이 떨어지고, 더우기 상기 탄소층이 연료분사구를 막을 경우에는 연료가 공급될 수 없으므로 연소가 불가능해진다. 그러므로 가스 터어빈의 주기검사시 마다 연료분사노즐을 연소실로 부터 분리하여 상기 탄소층을 제거하여야 하는 번거로움이 있었고, 주기검사를 거쳤음에도 불구하고 작동환경에 따라, 가스터어빈의 사용중에 탄소층이 상기와 같이 부착되게 되어 결국 연소효율이 떨어지는 경우가 발생할 수 있다는 문제점이 있었다.

본 고안은 상기 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 연료분사노즐의 노즐부위에 탄소층이 생성되지 않도록 구성되어, 항상 일정한 연료분사효율을 갖는 가스터어빈의 연료분사노즐을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 가스터어빈의 연료분사노즐의 단부를 분리하여 개략적으로 도시한 부분단면도.

도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 가스터어빈의 연료분사노즐의 결합상태를 설명하기 위하여 도시한 단면도.

도 3은 본 고안의 일 실시예에 따른 가스터어빈의 연료분사노즐의 단부를 분리하여 개략적으로 도시한 일부분리사시도.

도 4는 상기 일 실시예의 연료분사노즐에 사용되는 스페이서의 다른 실시예를 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10:연료노즐 11:본체

12:오리피스 13:연료분사구

14,15:스페이서 16:지지너트

18:제 1관통구 19:홈

20:제 2관통구 22:지지턱

24:공간부

상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 단부내측에 오리피스를 구비하며, 또한 단부외주면에 수나사가 형성되어 있는 본체와; 상기 단부외주면의 수나사와 나사결합하되, 측부에 적어도 한 개 이상의 제 2관통구가 형성되며, 오리피스의 저면과 일정거리 이격되어 지지턱이 마련된 지지너트 및; 상기 오리피스의 저면과 지지턱에 개재되어 지지너트의 지지턱에 의해 상부로 가압지지되며, 측부에 적어도 한 개 이상의 제 1관통구가 형성된 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 고안을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 가스터어빈의 연료분사노즐의 구성을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.

도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 연료분사노즐은 오리피스(orifice, 12)를 내부에 구비하며, 동시에 단부외주면에 수나사가 형성된 본체(11)와, 상기 수나사에 결합하는 지지너트(16)와, 상기 지지너트(16)와 오리피스(12) 사이에 스페이서(14)를 구비하는 구성으로 되어있다.

상기 오리피스(12)의 저면은 연료노즐(10)의 저면을 이루며, 중심부에 연료분사구가(13)가 마련되어 연료가 일정각도로 퍼지면서 분사된다. 또한 상기 오리피스(12)는 수나사가 형성된 본체(11)의 하단 내부에 삽입되어 위치하므로, 상기 본체(11)의 하단부의 내주면과 오리피스(12)의 외주면 사이에는 공간부(24)가 형성된다.

한편, 상기 본체(11)의 외주면에 형성된 수나사와 나사결합하는 지지너트(16)가 구비된다. 상기 지지너트(16)는 내주면에 암나사산이 형성되어 있고, 아울러 나사산이 형성되어 있는 측벽에는 제 2관통구(20)가 형성되어 있다. 상기 제 2관통구(20)의 개수는 실시예에 따라서 다양하게 변동이 가능함은 물론이다. 상기 지지너트(16)는 통상적인 캡너트(cap nut)의 형식을 취하되 저면의 중앙부가 개방된 형상이다. 그러므로 바닥면에는 일정한 지름의 구멍이 형성되고, 상기 구멍의 테두리부가 나사산이 형성된 측벽과 직각을 이룬다. 상기 테두리부는 지지턱(22)의 기능을 하여 스페이서(14)를 상부로 지지한다. 또한 상기 지지턱(22)의 길이는 최소한 본체(11)의 두께와 스페이서(14)의 두께를 합친 길이보다 길며, 동시에 구멍의 지름이 오리피스(12)의 저면의 지름보다 크게 형성된다. 아울러 상기 지지너트(16)의 측벽에는 제 2관통구(20)가 형성되어 있다. 상기 제 2관통구(20) 및 후술할 제 1관통구(18)는, 공기가 상기 제 2관통구(20)를 통하여 이동하여 스페이서(14)의 제 1관통구(18)를 통하여 오리피스(12)의 저면에 도달할 수 있도록 마련된 것이다. 상기 제 2관통구(20)는 지지너트(16)의 측벽에 대체로 수평으로 형성되되, 본체(11)의 수나사와 지지너트(16)의 체결 후, 상기 제 2관통구(20)의 높이가 오리피스(12)의 저면의 높이와 대략 수평을 이루도록 형성됨이 바람직하다.

스페이서(14)는 저면이 상기 지지너트(16)의 지지턱(22)에 의해 상부로 가압지지되며, 상면은 상기 공간부(24)에 삽입되어 지지된다. 상기 스페이서(14)는 연료노즐(10)의 본체(11) 단부에 결합되는 지지너트(16)의 지지턱(22)과, 오리피스(12) 저면과의 높이차이에 의한 공간을 제공하여, 지지너트(16)의 측부에 마련된 제 2관통공(20)이 오리피스(12)의 저면과 같은 높이를 유지할 수 있도록 한다. 아울러 상기 스페이서(14)의 측면에는 제 1관통구(18)가 형성된다. 상기 제 1관통구(18)는 적어도 한 개이상 형성되며, 지지너트(16)의 측부에 구비된 제 2관통구(20)와 대응하도록 동일한 개수의 관통구가 형성됨이 바람직하다.

도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 가스터어빈의 연료분사노즐의 결합상태를 설명하기 위하여 일부 도시한 도면이다.

상기 도 1과 동일한 도면부호는 동일한 기능의 동일한 부재를 가리킨다.

도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 연료분사노즐은 본체(11)의 외주면에 형성한 수나사부와, 상기 수나사부에 나사결합하는 지지너트(16)의 나사결합에 의해 이루어진다. 전술한 바 대로 스페이서(14)는 지지너트(16)의 지지턱(22)과, 공간부(24)에 동시에 지지되고, 지지너트(16)의 외부와 오리피스(12)의 저면이 제 1 및 제 2관통구(18,20)를 통하여 연통된다. 그러므로 공기가 지지너트(16)의 측부로부터 제 2관통구(20)와 제 1관통구(18)를 화살표 a의 방향으로 차례로 통과하여 결국 오리피스(12)의 저면에 도달할 수 있다. 따라서 상기 오리피스(12)의 저면에 도달되는 유동공기로 인하여, 연소실내에서 연료분사노즐의 오리피스(12)에 탄소층이 부착되는 것을 방지할 수 있다.

도 3은 본 고안의 일 실시예에 따른 가스터어빈의 연료분사노즐의 구성을 나타낸 부분 분리사시도이다.

도 1 및 도 2와 동일한 도면부호는 동일한 기능의 동일한 부재를 가리킨다.

도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 연료분사노즐은 수나사가 외주면에 형성된 본체(11)과, 상기 본체의 단부의 내부에 위치하는 오리피스(12)와, 상기 본체(11)의 단부내주면과 오리피스(12)의 외주면 사이에 형성된 공간(도 1의 24)에 상부가 삽입되어 지지되며, 하부가 지지너트(16)의 지지턱(22)에 의해 지지되는 스페이서(14)가 구비된다. 본 실시예에서는 상기 스페이서(14)의 측부에 여섯 개의 제 1관통구(18)가 형성되며, 또한 지지너트(16)에도 상기 제 1관통구(18)에 대응하여 여섯 개의 제 2관통구(20)가 형성된다. 상기 관통구의 형상 및 개수는 실시예에 따라 다양하게 변할 수 있음은 물론이다.

도 4는 본 고안에 따른 연료분사노즐에 구비되는 스페이서의 다른 실시예를 도시한 도면이다.

도시한 바와 같이, 다른 실시예의 스페이서(15)는 스페이서(15)의 저면에 홈(19)이 형성되어 있다. 상기 홈(19)은 일 실시예에서의 제 1관통구(18)와 동일한 기능을 하며, 홈(19)의 개수는 제 2관통구(20)의 개수와 일치함이 바람직 하다.

이상 본 고안을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 고안은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 고안의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

상술한 바와 같이 이루어지는 본 고안의 가스터어빈의 연료분사노즐은, 연료가 분사되는 연료분사구에 탄소가 자리잡지 못하도록, 오리피스의 저면에 별도로 공기가 공급되므로, 오리피스의 연료분사구로부터 분사되는 연료가 항상 일정한 각도로 분사되어 안정된 연소효율을 기대할 수 있으며, 아울러 분사노즐에 탄소가 부착되지 않으므로 노즐이 항상 청결한 상태로 유지되어, 상기 탄소에 의한 연료분사구의 막힘이 발생하지 않는다. 따라서 노즐의 고장이 발생하지 않으므로 가스터어빈의 유지비가 적고 정비시 탄소제거를 위하여 연료분사노즐을 연소실로부터 분리할 필요가 없다.

Claims (4)

1. 단부내측에 오리피스를 구비하며, 또한 상기 단부의 외주면에 수나사가 형성되어 있는 본체와;

   상기 단부의 외주면의 수나사와 나사결합하되, 측부에 적어도 한 개 이상의 제 2관통구가 형성되며, 오리피스의 저면과 일정거리 이격되어 지지턱이 마련된 지지너트 및;

   상기 오리피스의 저면과 지지턱에 개재되어 지지너트의 지지턱에 의해 상부로 가압지지되며, 측부에 적어도 한 개 이상의 제 1관통구가 형성된 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터어빈의 연료분사노즐.
2. 제 1항에 있어서, 상기 스페이서는 상단부가 오리피스의 외주면과 본체 단부의 내주면 사이의 공간부에 삽입되어 지지되는 것을 특징으로 하는 가스터어빈의 연료분사노즐.
3. 제 1항에 있어서, 상기 지지너트의 측부에 형성된 제 2관통구 및 스페이서의 측부에 형성되어진 제 1관통구는, 오리피스의 저면을 향하도록 대체로 수평으로 형성되어, 전체적으로 지지너트의 외측부로부터 오리피스의 저면측으로 연통이 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스터어빈의 연료분사노즐.
4. 제 1항에 있어서, 상기 지지너트에 형성된 제 2관통구는 스페이서에 형성된 제 1관통구와 같은 개수의 관통구가 형성된 지지너트인 것을 특징으로 하는 가스터어빈의 연료분사노즐.