KR20030053435A - 가스 터빈 버너용의 액체 연료 인젝터 - Google Patents

Abstract

액체 연료를 인젝터 헤드(12)로 공급하는 튜브(16)와, 상기 튜브(16) 둘레에 제공되어서 가압 공기가 공급되는 환상 공동(26)을 형성하는 외측 튜브(24)와, 상기 헤드(12) 둘레에 제공되어서 공동(32)을 형성하는 커버링 요소(28)를 포함하는 유형의 가스 터빈 버너용의 개선된 액체 연료 인젝터(10)에 있어서, 블레이딩(22)을 구비하는 난류형성 요소(18)가 상기 헤드(12)의 앞에 제공된다.

Description

가스 터빈 버너용의 액체 연료 인젝터{IMPROVED LIQUID FUEL INJECTOR FOR BURNERS OF GAS TURBINES}

본 발명은 가스 터빈 버너용의 개선된 액체 연료 인젝터에 관한 것이다.

공지되어 있는 바와 같이 가스 터빈은 하나 이상의 스테이지를 갖는 터빈과 압축기로 구성된 기계이다. 이들 구성요소는 회전축에 의해서 상호연결되고 압축기와 터빈의 사이에는 연소 챔버가 제공된다.

외부 환경으로부터의 공기가 압축기로 공급되어 그곳에서 가압된다.

이 가압공기는 일련의 예비혼합 챔버를 통과하고, 각 예비혼합실의 종단에는 노즐 또는 수렴부가 있다. 인젝터가 이들 챔버의 각각으로 연료를 공급하고, 이 연료는 공기와 혼합되어 연소를 위한 연료-공기 혼합을 형성한다.

가스의 엔탈피와 온도의 증가를 야기하도록 설계된, 연소에 필요한 연료가 가압 네트워크로부터 공급되는 하나 이상의 수단에 의해서 연소 챔버로 도입된다.

버너 출구의 근방에서 안내 화염(pilot flame)을 발생시키기 위한 평행 연료 공급 시스템이 그 화염의 안정화 특성을 향상시키기 위하여 일반적으로 가스 연료가 사용되는 곳에 제공된다.

그 후 고온 고압의 가스가 적절한 덕트를 통과하여 터빈의 각종 스테이지에 도달하고, 터빈은 가스의 엔탈피를 사용자에게 유용한 기계적 에너지로 전환한다.

공지된 버너 유닛은 수렴 케이싱 내에 수납된 복합 구조체를 갖는다. 이 복합 구조체 내에는 인젝터가 있다.

원거리의 저장소로부터 시작된 액체 연료 공급 라인에 명확하게 연결된 인젝터가 원통형상부와 예리한 종단부를 갖는 본체를 구비하는 것이 일반적이다.

연료 채널과 가압 공기 채널은 적절한 출구 구멍으로 종단되며, 이 출구 구멍에서는 인젝터로부터 나오는 공기가 연료를 기화시키는데 사용되어 연소 특성을 개선한다.

가스 터빈용 연소 챔버의 설계에 있어서의 주요한 고려대상은 화염의 안정성과 잉여 공기의 제어이며, 그 목표는 연소를 위한 이상적인 상태를 확립하는 것이다.

가스 터빈의 연소 챔버의 설계에 영향을 주는 제 2 인자는 연소가 연소 챔버의 돔(dome)에 근접한 곳에서 발생하도록 하는 경향이다.

버너의 기술 분야에서 특히 중요한 다른 과제로는 액체 연료의 적절한 원자화를 이룰 필요성과 사용된 연료의 상이한 특성에 따라 적절히 혼합할 필요성을 들 수 있다.

마지막으로, 예비혼합 영역에 관련 유체의 난류 형성 및 최적의 상태를 달성하고 또한 연소 부산물, 특히 질소 산화물과 같은 오염물질의 발생을 감소시키는 것이다.

따라서 본 발명의 목적은 오염물질의 발생은 최소화하지만 바로 밑에 기술하는 것과 같은 만족스러운 연소를 위한 다른 필요조건은 고려하는 방식으로 전술한 가스 터빈 버너용 액체 연료 인젝터를 개선시키는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 연소 챔버내의 압력 진동을 감소시키는 개선된 가스터빈 버너용 인젝터의 설비를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 고연소 효율을 만드는 가스 터빈 버너용의 개선된 액체 연료 인젝터를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 고온을 받는 구성요소의 평균 수명을 증가시킬 수 있게 하는 가스 터빈 버너용의 개선된 액체 연료 인젝터를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 오염물질을 적게 방출하면서도 극히 간단하고 콤팩트한 구조를 갖지만 최적의 유체 동적 특성은 유지하는 가스 터빈 버너용의 개선된 액체 연료 인젝터를 제공하는 것이다.

마지막으로, 본 발명의 또 다른 목적은 기계 동작의 탁월한 신뢰성을 제공하고 적은 수의 구성요소로 구성됨으로 인해서 저비용으로 제작될 수 있으며 또한 분해 및 유지관리가 용이해진 가스 터빈 버너용의 개선된 액체 연료 인젝터를 제공하는 것이다.

본 발명의 이들 및 기타 목적은 청구항 1에 기술한 바와 같은 가스 터빈 버너용의 개선된 액체 연료 인젝터를 제작하는 것에 의해서 달성된다.

추가의 특징은 후속 청구항에 기술되어 있다.

본 발명에 따른 가스 터빈 버너용의 개선된 액체 연료 인젝터의 특징 및 잇점은 첨부된 개략적인 도면을 참조하여 제한하려는 의도 없이 예시적으로 제공된 하기의 설명에 의하여 더욱 명확해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 가스 터빈 버너용의 액체 연료 인젝터를 부분 단면으로 도시한 측면도,

도 2는 도 1의 인젝터를 부분적으로 분해하여 도시한 인젝터의 사시도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 인젝터12: 인젝터 헤드

16: 튜브18: 난류형성 요소 또는 스윌러

20: 중앙접속 덕트22: 블레이딩

24: 외측 튜브25: 중심설정 수단

26, 32, 34: 환상 공동28: 캡

도면을 참조하면, 일괄하여 참조부호 10으로 나타낸 가스 터빈 버너용의 개선된 액체 연료 인젝터가 도시된다.

인젝터(10)는 절두원추형의 인젝터 헤드(12)를 구비한다. 이 인젝터 헤드(12)는 그의 최소 베이스에 액체 연료가 통과하는 구멍(14)을 구비하고 그의 반대쪽 베이스는 튜브(16)에 접속된다. 이 튜브(16)를 통해서는 액체 연료가 공급된다.

튜브(16)의 시작 부분과 인젝터 헤드(12)의 사이에는 난류형성 요소, 즉 스윌러(swirler)(18)가 제공된다.

난류형성 요소(18)는 튜브(16)와 헤드(12) 사이로 연료를 통과시키기 위한 중앙접속 덕트(20)를 포함한다.

헤드(12)는 예를 들면 스크류 관통에 의해서 난류형성 요소(18)에 접속된다. 변형예로서, 난류형성 요소(18)가 튜브(16)에 버트용접(butt-weld)될 수도 있다.

중앙 덕트(20)의 외측에는 축방향으로 연장하는 대체로 나선형의 블레이딩(22)이 제공된다.

튜브(16)의 둘레로는 외부 튜브(24)가 배치되어 가압공기가 흐르는 환상 공동(26)을 형성한다. 이 공기는 압축기(도시하지 않음)에 의해 제공된다.

튜브(16)와 외측 튜브(24) 사이의 이격을 제공하기 위하여 튜브(16)의 외측과 외측 튜브(24)의 내측 사이에서 반경방향으로 연장하는 부속물(appendage)와 같은 중심설정 수단(25)이 사용된다.

헤드(12)와 난류형성 요소(18)의 둘레로는 예를 들면 스크류 관통에 의해서외측 튜브(24)에 접속되는 캡(28)과 같은 커버링 요소(covering element)가 제공된다.

따라서 캡(28)은 공동(32)을 만들며, 이 공동(32)은 바로 밑에 기술하는 환상 공동(26)의 연장부를 형성한다.

외측 튜브(24)와 반대쪽의 단부에서는 캡(28)이 인젝터 헤드(28)를 둘러싸며, 헤드(12)에 있는 구멍(14)의 전방에는 개구(30)가 제공된다.

캡(28)은 절두원추 영역에서 헤드 둘레로 테이퍼져서, 캡(28)의 개구(30)를 향하여 수렴하는 공동(34)을 형성한다.

변형예로서, 튜브(16)의 시작부분에 전술한 난류형성 요소(18)의 블레이딩(22)과 유사한 대체로 나선형상의 축방향 연장 블레이딩을 제공함으로써 난류형성 요소(18)가 만들어질 수도 있다.

본 발명에 따른 가스 터빈 버너용의 개선된 액체 연료 인젝터(10)의 동작은 도면을 참조로 한 전술한 설명으로부터 명확히 알 수 있을 것이지만 요약하면 다음과 같다.

액체 연료는 버너의 주 화염을 공급하도록 하는 방식으로 원거리의 저장소로부터 튜브(16)를 통하여 인젝터 헤드(12)로 공급된다.

인젝터 헤드(12)에 의해 주입된 액체 연료는 외측 튜브(24)의 환상 공동(26)으로부터, 그리고 캡(28)의 공동(32)으로부터, 마지막으로는 수렴 공동(34)으로부터의 공기 유입에 의해 원자화되어서 공기를 가속시킨다.

액체 연료에 도달하기 전에, 이 공기는 난류형성 요소(18)의 블레이딩(22)에 의해서 난류를 받게 되며, 그 후 인젝터 헤드(12)에 도달한다.

따라서 액체 연료는 적절히 기화된 원추형 제트로 형성되어서 캡(28)의 개구(30)를 떠난다.

이상의 설명은 가스 터빈 버너용의 개선된 액체 연료 인젝터의 특징을 분명하게 나타낸 것으로서, 본 발명의 목적이고 하기의 사항을 비롯한 대응하는 잇점을 명백하게 한다.

- 오염된 연소 방출물의 레벨 감소

- 연소 챔버의 압력 진동의 감소와 양호한 화염 안정성

- 높은 연소 효율

- 최고의 콤팩트성(compactness)

- 조립 및 분해의 용이성과 그에 따른 유지관리의 용이성

마지막으로, 이러한 방식으로 설계된 가스 터빈 버너용의 개선된 액체 연료 인젝터는 본 발명의 범위 내에서 수많은 방식으로 변경 및 변형가능하다.

게다가, 모든 구성요소는 기술적으로 균등한 요소로 대체될 수 있다.

실제로, 형상 및 치수 뿐만 아니라 사용되는 재료도 또한 때때로 야기될 수도 있는 기술적인 필요조건에 따라서 소망하는 바에 따라 변경할 수도 있다.

따라서 본 발명의 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해진다.

본 발명에 따르면, 오염물질의 발생이 최소화되고 연소 챔버 내의 압력 진동이 감소되며, 연소 효율이 높고 구성요소의 평균 수명이 증가되며 또한 기계 동작의 신뢰성이 높고 저비용으로 제작될 수 있으며 분해 및 유지관리가 용이한 가스 터빈 버너용의 개선된 액체 연료 인젝터를 제공할 수 있다.

Claims (13)

1. 액체 연료를 인젝터 헤드(12)로 공급하는 튜브(16)와, 상기 튜브(16) 둘레에 제공되어서 가압 공기가 공급되는 환상 공동(26)을 형성하는 외측 튜브(24)와, 상기 헤드(12) 둘레에 제공되어서 공동(32)을 형성하는 커버링 요소(28)를 포함하는 유형의 가스 터빈 버너용의 액체 연료 인젝터(10)에 있어서,

   블레이딩(22)을 구비하는 난류형성 요소(18)가 상기 헤드(12)의 앞에 제공되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 버너용의 액체 연료 인젝터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 블레이딩(22)이 축방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 버너용의 액체 연료 인젝터.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 인젝터 헤드(12)가 절두원추 형상을 가지며, 그것의 최소 베이스에는 상기 액체 연료가 통과하는 구멍(14)을 갖고, 그의 반대쪽 베이스는 상기 튜브(16)에 접속되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 버너용의 액체 연료 인젝터.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 튜브(16)의 시작부분과 상기 인젝터 헤드(12)의 사이에 상기 난류형성 요소(18)가 제공되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 버너용의 액체 연료 인젝터.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 난류형성 요소(18)는 상기 튜브(16)와 상기 헤드(12)의 사이로 연료가 통과하도록 하기 위한 중앙 접속 덕트(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 버너용의 액체 연료 인젝터.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 헤드(12)는 스크류 관통에 의해서 상기 난류형성 요소(18)에 접속되고, 상기 난류형성 요소(18)는 상기 튜브(16)에 버트용접되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 버너용의 액체 연료 인젝터.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 중앙 덕트(20)의 외측에 나선형 블레이딩(22)이 제공되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 버너용의 액체 연료 인젝터.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 튜브(16)를 상기 외측 튜브(24)로부터 이격시키기 위해서 중심설정 수단(25)이 제공되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 버너용의 액체 연료 인젝터.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 중심설정 수단은 상기 튜브(16)의 외측과 상기 외측 튜브(24)의 내측 사이에 반경방향으로 연장하는 부속물(25)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 버너용의 액체 연료 인젝터.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 커버링 요소는 스크류 관통에 의해서 상기 외측 튜브(24)에 접속된 캡(28)인 것을 특징으로 하는 가스 터빈 버너용의 액체 연료 인젝터.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 커버링 요소(28)는 외측 튜브(24)와 반대쪽의 단부에서 인젝터 헤드(12)를 밀봉하며, 상기 헤드(12)의 구멍(14)의 전방에 개구(30)가 제공되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 버너용의 액체 연료 인젝터.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 커버링 요소(28)는 상기 인젝터 헤드(12)의 절두원추 영역 둘레로 테이퍼져서 상기 개구(30)를 향하여 수렴하는 공동(34)을 형성하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 버너용의 액체 연료 인젝터.
13. 특정 목적을 위하여 본질적으로 기술 및 도시한 바와 같은 가스 터빈 버너용의 액체 연료 인젝터.