KR20060016917A - Fuel nozzle and gas turbine compressor comprising the same - Google Patents
Fuel nozzle and gas turbine compressor comprising the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20060016917A KR20060016917A KR1020040065386A KR20040065386A KR20060016917A KR 20060016917 A KR20060016917 A KR 20060016917A KR 1020040065386 A KR1020040065386 A KR 1020040065386A KR 20040065386 A KR20040065386 A KR 20040065386A KR 20060016917 A KR20060016917 A KR 20060016917A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- fuel
- shroud
- air
- nozzle
- combustor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/22—Fuel supply systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
- F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
- F23D11/38—Nozzles; Cleaning devices therefor
- F23D11/383—Nozzles; Cleaning devices therefor with swirl means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
- F23R3/58—Cyclone or vortex type combustion chambers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pressure-Spray And Ultrasonic-Wave- Spray Burners (AREA)
Abstract
본 발명은 별도의 외부 장치를 사용하지 않으면서도 연료 노즐의 냉각 효과와 함께 액적 크기, 분무각, 분무 유동 균일성 및 분무 입경 등의 분무 성능이 우수한 구조를 가진 연료 노즐과, 이를 구비한 가스 터빈 연소기를 제공하는 것을 목적으로 하며, 이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 연료 유로가 형성된 내부, 및 연료 분사홀이 형성된 출구를 구비하여, 연료가 연료 유로를 관통하여 연소기 내로 분무되도록 하는 노즐 바디와, 노즐 바디를 감싸며, 쉬라우드 공기가 유입되는 공기 유입부 및 쉬라우드 공기가 유출되도록 상기 연료 분사홀이 대응된 부분에 형성된 공기 유출부를 구비한 쉬라우드와, 노즐 바디 측면 및 쉬라우드 사이에 배치되어서, 쉬라우드 공기가 연료 유로 축을 기준으로 경사지게 선회하여 쉬라우드 및 노즐 바디 사이의 공기 유로를 따라서 유동되도록 하는 스월러를 구비하는 연료 노즐을 제공한다.The present invention provides a fuel nozzle having an excellent spraying performance such as droplet size, spray angle, spray flow uniformity, and spray particle size, with a cooling effect of a fuel nozzle without using an external device, and a gas turbine having the same. It is an object of the present invention to provide a combustor, and in order to achieve the above object, the present invention provides a nozzle body having an interior in which a fuel flow path is formed and an outlet in which a fuel injection hole is formed so that fuel is sprayed into the combustor through the fuel flow path. And a shroud surrounding the nozzle body, the shroud having an air inlet portion through which the shroud air is introduced, and an air outlet portion formed at a portion corresponding to the fuel injection hole so that the shroud air flows out, and between the nozzle body side and the shroud. So that the shroud air pivots inclined about the fuel flow path axis so that between the shroud and the nozzle body Provides a fuel nozzle having the swirler such that flow along the flow path group.
Description
도 1은 본 발명에 따른 연료 노즐을 구비한 가스터빈 연소기를 도시한 단면도이고,1 is a cross-sectional view showing a gas turbine combustor having a fuel nozzle according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 연료 노즐을 분리 도시한 분리 사시도이고,Figure 2 is an exploded perspective view showing the separation of the fuel nozzle according to the invention,
도 3은 도 2의 연료 노즐 내의 쉬라우드 공기 유동을 도시한 단면도이고,3 is a cross-sectional view illustrating the shroud air flow in the fuel nozzle of FIG. 2;
도 4는 도 2의 스월러를 도시한 정면도이고, 4 is a front view illustrating the swirler of FIG. 2;
도 5a는 도 2의 스월러를 채택하지 않은 경우, 분무각 및 유동 균일도를 도시한 그래프이고,5A is a graph showing spray angle and flow uniformity when the swirler of FIG. 2 is not adopted;
도 5b는 40°의 스월각을 가진 스월러를 채택한 경우에서의 분무각 및 유동 균일도를 도시한 그래프이고,5B is a graph showing spray angle and flow uniformity when a swirler having a swirl angle of 40 ° is adopted,
도 5c는 50°의 스월각을 가진 스월러를 채택한 경우에서의 분무각 및 유동 균일도를 도시한 그래프이고,5C is a graph showing spray angle and flow uniformity when a swirler having a swirl angle of 50 ° is adopted,
도 6은 본 발명의 스월러를 채택한 경우 및 채택하지 않은 경우에서의 액적 입경을 도시한 그래프이다. Fig. 6 is a graph showing droplet diameters when and without the swirler of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10: 가스 터빈 연소기 30: 연소기 라이너 10: gas turbine combustor 30: combustor liner
40: 연소기 케이스 60: 점화기40: burner case 60: igniter
100: 연료 노즐 110: 노즐 바디100: fuel nozzle 110: nozzle body
110s: 연료 유로 112: 연료 유입홀110s: fuel flow path 112: fuel inlet hole
115: 연료 분사홀 120: 쉬라우드115: fuel injection hole 120: shroud
120s: 공기 유로 122: 공기 유입부120s: air passage 122: air inlet
125: 공기 유출부 130: 스월러125: air outlet 130: swirler
132: 경사판132: inclined plate
본 발명은 연료 노즐 및 이를 구비한 가스터빈 연소기에 관한 것으로서, 보다 더 상세하게는 연소기 내로 유입되는 연료의 액적 크기가 감소되고, 액적분포가 개선되는 구조를 가진 가스터빈용 연료 노즐과, 이를 구비한 가스터빈 연소기에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel nozzle and a gas turbine combustor having the same, and more particularly, to a gas turbine fuel nozzle having a structure in which the droplet size of the fuel flowing into the combustor is reduced and the droplet distribution is improved, One is a gas turbine combustor.
가스터빈 연소기에 사용되는 여러 종류의 연료 노즐 중 압력분무식 연료 노즐은 유체에 가하는 압력에너지를 미립화 에너지로 변환하는 기구를 가진 연료 노즐로 가스 터빈뿐만 아니라 디젤 기관, 산업용 연소기 및 가정용 보일러에 이르기까지 매우 폭넓게 사용되고 있다. Among the various types of fuel nozzles used in gas turbine combustors, the pressure spray fuel nozzles are fuel nozzles with a mechanism for converting the pressure energy applied to the fluid into atomized energy, as well as gas turbines, diesel engines, industrial combustors, and domestic boilers. It is used very widely.
이 경우, 보조동력장치(APU;Auxiliary Power Unit)와 같은 소형 가스 터빈 연소기에서는 통상적으로 선회 유동을 일으키는 스월러를 구비하지 않은 압력분무 식 연료 노즐을 사용하여, 연소기 내로 연료를 분무한다. 이런 스월러를 구비하지 않은 압력분무식 연료 노즐의 경우 연료 노즐이 연소실 내부의 고온 환경에 그대로 노출되고 이로 인하여 연료 노즐이 손상된다. 즉, 연료 노즐이 연소실 내부의 고온에 노출되어서, 노즐의 손상 현상 및 연소잔존물의 퇴적으로 인한 오리피스 막힘 현상 등을 가져와 결과적으로 분무각, 분무 유동 분포도, 및 분무 입경 등의 분무 성능에 영향을 미쳐 연소기 전체의 효율 및 연소안정성을 떨어뜨린다는 문제점이 있다. In this case, in a small gas turbine combustor such as an auxiliary power unit (APU), fuel is sprayed into the combustor by using a pressure spray type fuel nozzle which does not normally have a swirler causing swirling flow. In the case of a pressure spray fuel nozzle not equipped with such a swirler, the fuel nozzle is exposed to a high temperature environment inside the combustion chamber, thereby damaging the fuel nozzle. That is, the fuel nozzles are exposed to high temperatures in the combustion chamber, which results in nozzle damage and orifice blockage due to deposition of combustion residues, which in turn affects spray performance such as spray angle, spray flow distribution, and spray particle size. There is a problem in that the efficiency and combustion stability of the entire combustor are lowered.
이와 같은 압력분무식 연료 노즐의 문제점을 보완하기 위하여, 연료 노즐 주위로 소량의 공기(Shroud Air, Anti-carbon Air)가 유동되도록 할 수 있다. 이 공기 유동으로 인하여 연료 노즐의 냉각 연소생성물 중 탄소(carbon) 성분이 퇴적되는 현상이 방지된다. 그러나 이 경우의 쉬라우드 공기는 단순히 일방향으로만 유동하게 되고 이로 인하여 연료 노즐의 냉각 작용 이외에는 분무각, 분무 유동 분포도, 및 분무 입경등의 분무 성능에는 영향을 미치지 못한다는 문제점이 있다. In order to compensate for the problem of the pressure spray fuel nozzle, a small amount of air (Shroud Air, Anti-carbon Air) can be flowed around the fuel nozzle. This air flow prevents the deposition of carbon components in the cooling combustion products of the fuel nozzle. However, in this case, the shroud air flows in only one direction, and thus there is a problem in that it does not affect spraying performance such as spray angle, spray flow distribution, and spray particle size except for cooling action of the fuel nozzle.
본 발명은 상기와 같은 문제점 등을 포함하여 여러 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 별도의 외부 장치를 사용하지 않으면서도 연료 노즐의 냉각 효과와 함께 액적 크기, 분무각, 분무 유동 균일성 및 분무 입경 등의 분무 성능이 우수한 구조를 가진 연료 노즐과, 이를 구비한 가스 터빈 연소기 및 보조동력장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve a number of problems, including the above problems, such as droplet size, spray angle, spray flow uniformity and spray particle diameter with the cooling effect of the fuel nozzle without using a separate external device An object of the present invention is to provide a fuel nozzle having an excellent spraying performance, and a gas turbine combustor and auxiliary power unit including the same.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 연료 유로가 형성된 내부, 및 연료 분사홀이 형성된 출구를 구비하여, 연료가 상기 연료 유로를 관통하여 연소기 내로 분무되도록 하는 노즐 바디와, 상기 노즐 바디를 감싸며, 쉬라우드 공기가 유입되는 공기 유입부 및 상기 외부공기가 유출되도록 상기 연료 분사홀이 대응된 부분에 형성된 공기 유출부를 구비한 쉬라우드와, 상기 노즐 바디 측면 및 쉬라우드 사이에 배치되어서, 쉬라우드 공기가 상기 연료 유로 축을 기준으로 경사지게 선회하여 상기 쉬라우드 및 노즐 바디 사이의 공기 유로를 따라서 유동되도록 하는 스월러를 구비하는 연료 노즐을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention includes a nozzle body having an interior in which a fuel flow path is formed and an outlet in which a fuel injection hole is formed, allowing fuel to be sprayed into the combustor through the fuel flow path, and the nozzle body. A shroud disposed between the nozzle body side and the shroud, the shroud having an air inlet portion through which shroud air is introduced, and an air outlet portion formed at a portion corresponding to the fuel injection hole so that the outside air flows out; Provided is a fuel nozzle with a swirler that allows shroud air to pivot inclined about the fuel passage axis to flow along an air passage between the shroud and the nozzle body.
상기 스월러에는 상기 연료 유로 축으로부터 경사지도록 형성된 복수의 경사판들이 형성된 것이 바람직하며, 이 경우 상기 경사판들은 상기 연료 유로 축으로부터 30도 내지 60도의 경사각을 가진 것이 더욱 바람직하다.The swirler is preferably formed with a plurality of inclined plates formed to be inclined from the fuel flow path axis, in this case, it is more preferable that the inclined plates have an inclination angle of 30 degrees to 60 degrees from the fuel flow path axis.
한편, 본 발명의 다른 측면에서의 가스터빈 연소기는, 상기와 같은 구조를 가진 압력 분무식 연료 노즐과, 상기 압력 분무식 연료 노즐로부터의 분무된 연료가 연소되는 내부를 구비한 연소기 라이너와, 상기 압력 분무식 연료 노즐로부터 분무된 연료를 상기 연소기 라이너 내에서 점화시키는 점화기를 구비한다. On the other hand, the gas turbine combustor in another aspect of the present invention, a combustor liner having a pressure spray fuel nozzle having the structure as described above, the interior in which the atomized fuel from the pressure spray fuel nozzle is combusted, and And an igniter for igniting fuel sprayed from the pressure sprayed fuel nozzle in the combustor liner.
이 경우, 상기 연소기 라이너 외측으로는 상기 연소기 케이스가 형성되고, 가스 터빈 압축기로부터의 쉬라우드 공기가 상기 연소기 케이스와 연소기 라이너 사이의 공간을 통하여 상기 공기 유입부로 유입되는 것이 바람직하다.In this case, the combustor case is formed outside the combustor liner, and shroud air from a gas turbine compressor is introduced into the air inlet through a space between the combustor case and the combustor liner.
여기서 상기 연소기 라이너는 환형 역류 형상인 것이 바람직하다.Preferably, the combustor liner is of annular countercurrent shape.
이어서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 노즐(100)을 구비한 가스 터빈 연소기(10)를 도시하고 있다. 이 가스 터빈 연소기(10)는 특히 보조동력장치(APU;Auxiliary Power Unit)에 사용되고 있다. 여기서, 보조동력장치는 통상 소형 가스터빈 엔진으로 주로 항공기 주 엔진의 공중 및 지상 시동장치로 사용되고 항공기의 비상 및 보조 전원을 공급하는 역할을 한다. 이 보조동력장치는 전기력과 공압을 동시에 만들어 낼 수 있으므로 항공용뿐만 아니라 지상에서도 다양도로 활용 가능하기 때문에 민수 및 군수 분야에 사용 가능하다.1 shows a
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스 터빈 연소기(10)는 연소기 라이너(30)와, 연료 노즐(100)과, 점화기(60)를 구비한다. Referring to FIG. 1, a
연소기 라이너(30)는 연료 노즐(100)로부터의 분무된 연료가 연소되는 내부를 구비한다.
연료 노즐(100)은 등유 등의 액체 연료를 연소기 라이너(30) 내부로 분무시킨다. 이 경우, 연소기 라이너(30) 외측으로 연소기 케이스(40)가 형성되고, 상기 가스 터빈 압축기(20)로부터의 쉬라우드 공기 일부가 후술할 쉬라우드의 공기 유입부(112;도 2참조)로 유입되고, 연료 노즐 내를 선회하면서 관통하여 연소기 라이너(30) 내부로 분무되는 것이 바람직하다. The
점화기(60)는 상기 연료 노즐(100)로부터 분무된 연료가 압축 공기와 혼합된 상태에서 점화시킴으로써 연소시키는 장치이다. The
이런 구조를 가진 가스 터빈 연소기(10)의 작동을 설명하면, 가스 터빈 압축기(20)의 압축 블레이드(22)를 통하여 압축된 공기가 연소기 라이너(30) 내부로 유 입된다. 이 상태에서 연료 노즐(100)을 통하여 연소기 라이너(30) 내로 연료가 주입되고, 상기 연료 노즐 후방에서 점화기(60)가 전기 스파크를 발생시키면 연소가 일어나게 된다. 이런 연소로 인하여 팽창된 압축 공기는 터빈(50)의 팽창 블레이드(52)를 회전시키며 일을 하면서 외부로 방출되게 된다. Referring to the operation of the
여기서, 상기 연소기 라이너(30)는 환형 역류 형상인 것이 바람직하다. 즉, 가스 터빈 압축기(20)를 통하여 가스 터빈 압축기 후방에 위치한 연소기 라이너(30)로 유입된 압축 공기가 후방에서 점화기에 의하여 연소되고, 상기 연소되어 팽창된 공기는 전방에 위치한 팽창 블레이드(52)로 이동하게 되도록 하며, 이로 인하여 연소기의 사이즈를 감소시킬 수 있다. Here, the
이런 구조를 가진 가스 터빈 연소기(10)에 구비된 본 발명의 실시예에 따른 연료 노즐(100)은 압력 분무식 연료 노즐인 것이 바람직하다. 압력 분무식 연료 노즐은 연료 노즐에서 연료를 높은 압력으로서 분사하고, 이 분사된 연료와 연소기 라이너 내의 압축 공기간의 압력차에 의한 높은 상대속도를 이용하여서 연료가 미립화되도록 한다. 이러한 압력 분무식 연료 노즐은 에어 블래스트 노즐(airblast nozzle)과 달리 공기를 빠른 속도로 연료 노즐 내에 유입시킬 필요가 없음으로 인하여 연료 노즐의 구조가 간단하여 제작이 간단하고, 별도의 고속의 공기 유입장치가 불필요하여 제작비가 감소된다.The
본 발명의 실시예에 따른 연료 노즐(100)의 구조가 도 2 및 도 3에 도시되어 있다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료 노즐(100)은 노즐 바디(110)와, 쉬라우드(120)와, 스월러(130)를 구비한다. 노즐 바디(110)는 입구에 연료가 유입되는 연료 유입홀(112)이 형성되고, 그 내부에 연료 유로(110s)가 형성되며, 출구에 연료 분사홀(115)이 형성되어서, 연료가 상기 연료 유로(110s) 및 연료 분사홀(115)을 통하여 연소기 내부, 즉 연소기 라이너(30) 내로 분무된다. 이 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 노즐 바디(110)가 연료 유입홀(112)이 형성된 노즐 본체(110a)와 연료 분사홀(115)이 결합된 노즐 팁부(110b)가 결합함으로 이루어질 수도 있고, 이와 달리 일체로 형성될 수도 있다.The structure of the
이 노즐 바디(110)는 쉬라우드(120)에 의하여 감싸진다. 이 경우, 쉬라우드(120)는 쉬라우드 공기가 유입되는 공기 유입부(122) 및 상기 쉬라우드 공기가 유출되는 공기 유출부(125)를 구비한다. 이 경우, 공기 유출부(125)는 노즐 바디(110)의 연료 분사홀(115)이 형성된 위치를 포함하여서 형성되어서 상기 쉬라우드 공기가 유출되도록 한다.The
상기 노즐 바디(110) 측면 및 쉬라우드(120) 사이에는 스월러(130)가 배치된다. 이 스월러(130)는 쉬라우드 공기가 상기 연료 유로를 기준으로 경사지게 선회하여 상기 쉬라우드(120) 및 노즐 바디(110) 사이의 공기 유로(120s)를 따라서 유동되도록 한다. A
쉬라우드 공기를 상기 쉬라우드(120) 및 노즐 바디(110) 사이에서 선회시키기 위한 스월러(130)의 구조는 다양할 수 있다. 그 중 하나의 예를 들면, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 스월러(130)에 상기 연료 유로(110s) 축으로부터 경사지도록 형성된 복수의 경사판(132)들이 형성되어서, 상기 쉬라우드 공기가 이 경사판(132)들을 따라서 간단히 선회하도록 할 수 있다.
The
쉬라우드 공기가 스월러(130)를 통하여 선회함으로 인하여 그 쉬라우드 공기의 유동이 연료 노즐(100) 출구의 연료 액적의 반경 방향(radial direction) 및 선회 방향(tangential direction) 속도 성분을 증가시키게 된다. 이로 인하여 쉬라우드 공기를 따라서 연료가 연소기 내로 분무됨으로써, 연료 분무의 반경, 선회방향 속도 성분이 증가하게 되며, 결과적으로 연료의 분무각이 증가하게 된다. 통상적으로 분무각이 증가할수록 미립화 성능이 좋아지게 되며, 이와 더불어 연소 성능 및 연소 안정성의 증가를 가져온다.As the shroud air pivots through the
이와 더불어, 선회 유동이 연료 노즐 출구의 반경 방향(radial direction) 및 선회 방향(tangential direction) 속도 성분을 증가시키게 됨으로써, 분사 중심 및 외곽 모두의 액적 크기가 감소하고, 최대 액적 크기가 나타나는 지점이 분무 외곽 영역으로 더 치우치게 된다. 이로 인하여 통상의 중공 원형의 분무 구조를 가진 압력 분무식 연료 노즐의 최대 액적 크기가 분무 중심부 근처에 발생하는 것에 비하여 연료 분무 대칭성(distribution)이 향상된다.In addition, the swirl flow increases the radial and tangential direction velocity components of the fuel nozzle outlet, thereby reducing the droplet size at both the injection center and the periphery, and spraying the point where the maximum droplet size appears. It is more biased to the outer area. This improves fuel spray symmetry compared to the maximum droplet size of a pressure atomized fuel nozzle with a conventional hollow circular spray structure occurs near the spray center.
여기서, 상기 스월러(130)에 상기 연료 유로(110s) 축으로부터 경사지도록 형성된 복수의 경사판(132)들이 형성된 경우에는, 상기 경사판(132)들은 상기 연료 유로 축으로부터 30도 내지 60도의 경사각(α), 더욱 바람직하게는 50도의 경사각을 가지는 것이 바람직한데, 이는 후술하다시피 경사판(132)이 구비되지 않은 경우에 비하여, 연소 시에 연소기 출구의 패턴 팩터(pattern factor)가 10% 이상 향상되기 때문이다.Here, when the plurality of
본 발명에 따른 연료 노즐에 의한 효과는 다음의 분무특성 실험 및 연소실험 결과에 의해 더욱 명확히 이해될 수 있다. The effect by the fuel nozzle according to the present invention can be more clearly understood by the following spray characteristics test and combustion test results.
< 분무특성 실험><Spray Characteristics Test>
이 경우, 분무특성 측정 장치로서 PDA(Phase Doppler Anemometry) 측정 기법을 사용하였다. 이를 위해서 최대 출력 5W의 Ar-ion레이저를 사용하는 APV(Adaptive Phase/Doppler Velocimetry) 장치를 이용하였다. 또한, 본 실험에서는 케로신(kerosene)을 연료로 사용하였으며, 모든 분무실험은 상온 대기압 환경 하에서 이루어졌으며, 이 경우, 연료 공급압력은 5bar 이었다. In this case, a PDA (Phase Doppler Anemometry) measuring technique was used as the spray characteristic measuring apparatus. For this purpose, an adaptive phase / doppler velocimetry (APV) device using an Ar-ion laser with a maximum output of 5W was used. In this experiment, kerosene was used as a fuel, and all spray experiments were performed at room temperature and atmospheric pressure. In this case, the fuel supply pressure was 5 bar.
본 실험은, 쉬라우드 공기 공급이 없는 상태에서 5bar의 연료 공급압력을 가진 경우와, 5bar의 연료 공급압력 및 쉬라우드 공기 공급압력 하에서 선회각이 각각 0°, 40°, 50°인 경우에서의 분무 유동장 특성을 살펴보았다. 여기서 연료압 5bar에서의 연료 유량은 5.05kg/hr이다. The experiments were conducted with the fuel supply pressure of 5 bar without the shroud air supply, and with the turning angles of 0 °, 40 ° and 50 °, respectively, at 5 bar fuel supply pressure and the shroud air supply pressure. The spray flow field characteristics were examined. The fuel flow rate here at 5 bar fuel pressure is 5.05 kg / hr.
1. 분무각 및 분무 유동의 대칭성1. Symmetry of spray angle and spray flow
도 5a 내지 도 5c는 각각 선회유동이 없는 경우와, 선회각이 40°인 경우와, 선회각이 50°인 경우의 유동장 분포를 도시한다. 도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 선회유동이 존재하지 않는 경우의 유동장의 분포는 선회유동이 있는 경우에 비해 상당히 좁은 유동 영역을 이루고 있다는 것을 알 수 있다. 즉, 연료 노즐 출구 초기에서의 축 방향 속도 성분이 반경방향으로 많이 확산되지 못하고 축 중심 부근에서 높은 속도를 보이고 있으며, 50mm 이하의 하류에서도 상당히 높은 속도를 보이고 있다. 그러나 도 5b 및 도 5c에서와 같이, 선회유동이 있는 경우에는 연료 노즐 출구의 공기 유동이 반경방향으로 확산되는 정도가 매우 커짐을 관찰할 수 있으며 특히 출구초기에서의 반경방향 속도벡터의 확산 정도가 크게 증가되었음을 확인할 수 있다. 이는 공기 유동장 내에 연료분무가 존재할 경우 연료분무의 분무각을 상당히 개선시킬 수 있음을 보여주고 있다. 5A to 5C show the flow field distribution when there is no swing flow, when the swing angle is 40 ° and when the swing angle is 50 °, respectively. 5a to 5c, it can be seen that the distribution of the flow field in the case where no swirling flow is present has a considerably narrower flow area compared to the case in which the swirling flow is present. In other words, the axial velocity component at the initial stage of the fuel nozzle outlet does not diffuse much in the radial direction and shows a high velocity near the axial center, and shows a considerably high velocity even downstream of 50 mm or less. However, as shown in FIGS. 5B and 5C, in the case of the swirl flow, it can be observed that the air flow at the outlet of the fuel nozzle is diffused in the radial direction very much. It can be seen that the increase significantly. This shows that the presence of fuel spray in the air flow field can significantly improve the spray angle of the fuel spray.
또한, 유동의 균일성 측면에서도 선회유동이 존재하지 않는 경우에 비하여 선회유동이 있는 경우에 전체 유동의 대칭성이 상당히 개선된 것을 알 수 있다. 즉, 도 5a 내지 도 5c에서 화살표는 액적 각각의 속도를 나타내는데, 선회 유동이 없는 경우에는 화살표의 크기가 서로 달라서 비대칭성이 큰 반면 선회유동이 형성된 경우에는 화살표의 크기가 유사하여서 대칭성이 우수하다는 것을 알 수 있다.In addition, it can be seen that the symmetry of the entire flow is considerably improved in the case of the swirl flow compared to the case where the swirl flow does not exist in terms of the uniformity of the flow. In other words, the arrows in Figures 5a to 5c represent the velocity of each of the droplets, in the case of no swirling flow, the arrows are different in size due to the different sizes of the arrows. It can be seen that.
2. 연료 평균입경 2. Average particle diameter of fuel
도 6에는 선회유동 유무 및 선회각 변화에 따른 반경 방향의 액적크기 분포가 도시되고 있다. 이 경우, 액적 크기는 SMD(sauter mean diameter)를 측정하였으며, 노즐 출구로부터 분무 하류 방향으로 70mm 이격된 지점에서 액적 크기를 비교하였다. 도 6를 참조하면 전체적으로 중심부에는 작은 크기의 액적들이 분포하고 분무 주 영역으로 갈수록 액적 크기가 커진다. 이 경우, 스월러를 통하여 선회유동이 공급됨으로 인해 중심부 및 분무 주 영역에서 모두 액적 크기가 감소됨을 알 수 있다. 6 shows the droplet size distribution in the radial direction according to the turning flow and the turning angle change. In this case, the droplet size was measured by the mean mean diameter (SMD) and the droplet size was compared at a point 70 mm away from the nozzle outlet in the spray downstream direction. Referring to FIG. 6, droplets of a small size are distributed in the central portion as a whole, and the droplet size increases as the spray main region is moved. In this case, it can be seen that the droplet size is reduced in both the central portion and the spray main region due to the swirl flow supplied through the swirler.
<연소 실험>Combustion experiment
연소 실험은 한국항공우주연구원의 가스 터빈 연소기 성능시험 설비를 사용하여 수행하였다. 전압력 397kPa, 전온도 482.2K, 쉬라우드 공기유량 0.84kg/sec, 연료유량 58.08kg/hr의 조건 하에서, 5bar의 연료 공급압력 및 쉬라우드 공기 공급 압력을 가지고 선회각이 각각 0°, 40°, 50°인 스월러를 구비한 연료 노즐을 채택한 경우의 연소기 출구에서의 패턴 팩터(pattern factor)를 각각 비교하였다. Combustion experiments were performed using the gas turbine combustor performance test facility of Korea Aerospace Research Institute. Under the conditions of full power 397kPa, total temperature 482.2K, shroud air flow rate 0.84kg / sec, fuel flow rate 58.08kg / hr, the turning angle is 0 °, 40 °, with 5bar fuel supply pressure and shroud air supply pressure, respectively. The pattern factors at the exit of the combustor when the fuel nozzle with the swirler of 50 ° were employed were compared, respectively.
실험 결과는 [Table 1]에 나타난 바와 같이, 스월러가 구비된 연료 노즐인 경우가 쉬라우드 공기에 선회성분을 공급하지 않은 경우에 비하여 출구 온도 분포가 크게 개선됨을 알 수 있다. 특히, 특히 선회각이 50°인 경우, 출구 온도 분포가 10% 이상 개선되는 것을 알 수 있다.As shown in [Table 1], it can be seen that the outlet temperature of the fuel nozzle equipped with the swirler is significantly improved compared to the case where the swirl component is not supplied to the shroud air. In particular, it can be seen that the outlet temperature distribution is improved by 10% or more, especially when the turning angle is 50 °.
[Table 1][Table 1]
이와 같은 구조를 가진 본 발명에 의하면, 연료 노즐에 선회성분의 쉬라우드 공기를 공급함으로써 연료 노즐 냉각 등의 효과뿐만 아니라 액적 크기가 감소되고, 액적분포가 개선된다.According to the present invention having such a structure, by supplying the shrouded air of the swirl component to the fuel nozzle, not only the effect of cooling the fuel nozzle, but also the droplet size is reduced, and the droplet distribution is improved.
이와 더불어, 스월러가 경사판을 구비하여서, 쉬라우드 공기의 선회성분이 출구 속도장의 반경방향 및 선회방향 속도성분이 증가된다. 이에 따라서, 이 반경, 선회방향 속도성분으로 인한 연료분무의 반경방향이 확산되어서 결과적으로 연료분무장의 분무각이 증가된다.In addition, the swirler is provided with an inclined plate so that the swirl component of the shroud air is increased in the radial and swirl velocity components of the outlet velocity field. Accordingly, the radial direction of the fuel spray due to this radius, the rotational speed component is diffused, and as a result, the spray angle of the fuel spray weapon is increased.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따 라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and any person skilled in the art to which the present invention pertains may have various modifications and equivalent other embodiments. Will understand. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020040065386A KR101113836B1 (en) | 2004-08-19 | 2004-08-19 | Fuel nozzle and gas turbine compressor comprising the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020040065386A KR101113836B1 (en) | 2004-08-19 | 2004-08-19 | Fuel nozzle and gas turbine compressor comprising the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20060016917A true KR20060016917A (en) | 2006-02-23 |
KR101113836B1 KR101113836B1 (en) | 2012-02-29 |
Family
ID=37125070
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020040065386A KR101113836B1 (en) | 2004-08-19 | 2004-08-19 | Fuel nozzle and gas turbine compressor comprising the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101113836B1 (en) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS53104806U (en) * | 1977-01-31 | 1978-08-23 | ||
KR200165299Y1 (en) * | 1996-06-12 | 2000-01-15 | 유무성 | Gas turbine liner |
DE59709868D1 (en) | 1997-12-22 | 2003-05-22 | Alstom Switzerland Ltd | Two-stage pressure atomizer nozzle |
ITMI20012784A1 (en) * | 2001-12-21 | 2003-06-21 | Nuovo Pignone Spa | IMPROVED LIQUID FUEL INJECTOR FOR GAS TURBINE BURNERS |
-
2004
- 2004-08-19 KR KR1020040065386A patent/KR101113836B1/en active IP Right Grant
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR101113836B1 (en) | 2012-02-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
USRE34962E (en) | Annular combustor with tangential cooling air injection | |
JP5552130B2 (en) | Swivel cup where the flame holder is cooled | |
RU2446357C2 (en) | Device for injecting air-fuel mix, combustion chamber and gas turbine engine with said device | |
US20140291418A1 (en) | Multi-circuit airblast fuel nozzle | |
US10533748B2 (en) | Combustor burner arrangement | |
US10794596B2 (en) | Dual fuel nozzle with liquid filming atomization for a gas turbine engine | |
US6571559B1 (en) | Anti-carboning fuel-air mixer for a gas turbine engine combustor | |
CN102889617B (en) | Premixing and pre-evaporation combustor for main combustion stage using radial film formation | |
GB2211596A (en) | Gas turbine engine carburetor | |
CN101943060A (en) | The method and system that is used for the fuel nozzle of heat protection combustion system | |
US3901446A (en) | Induced vortex swirler | |
CN113606610B (en) | Pneumatic auxiliary atomization direct injection type nozzle applied to afterburner | |
JP2018529064A (en) | System and method for multi-fuel premix nozzle with integrated liquid injector / evaporator | |
EP1585921B1 (en) | Vortex fuel nozzle to reduce noise levels and improve mixing | |
CN106016364B (en) | A kind of gas turbine dry low pollution combustor unit two divides swirl-flow premixed burner noz(zle) | |
CA2845458C (en) | Slinger combustor | |
CN111306577B (en) | Direct-injection fan-shaped nozzle applied to afterburner concave cavity structure | |
CN108870441B (en) | Afterburner adopting circular arc fan-shaped nozzle and concave cavity structure | |
US5027603A (en) | Turbine engine with start injector | |
US11592182B1 (en) | Swirler ferrule plate having pressure drop purge passages | |
US20130180251A1 (en) | Burner arrangement | |
US6453676B1 (en) | 50 pound thrust level turbojet engine | |
KR101113836B1 (en) | Fuel nozzle and gas turbine compressor comprising the same | |
CA2597846A1 (en) | Pilot fuel injector for mixer assembly of a high pressure gas turbine engine | |
CN114576654A (en) | Aeroengine, combustion chamber and head structure thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150127 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160128 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180129 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20200128 Year of fee payment: 9 |