KR20060135445A - Air collision type fuel nozzle - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래의 가스 터빈용 연료 노즐을 대략적으로 도시한 단면도이다. 1 is a sectional view schematically showing a conventional fuel nozzle for a gas turbine.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기 충돌형 연료 노즐을 도시한 개략적으로 도시한 단면도이다. 2 is a schematic cross-sectional view showing an air collision type fuel nozzle according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3 내지 도 5는, 각각 도 2의 연료 유출구와 연료 충돌막까지의 이격 거리 변화의 작동예를 도시한 단면도로서, 도 3은 기본 이격 거리인 경우를 도시한 단면도이다.3 to 5 are cross-sectional views showing an example of an operation of changing the separation distance between the fuel outlet port and the fuel impingement membrane of FIG. 2, respectively, and FIG.
도 4는 도 2의 연료 유출구와 연료 충돌막까지의 이격 거리가 길어지는 경우를 도시한 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating a case in which a separation distance between the fuel outlet port and the fuel collision membrane of FIG. 2 is increased.
도 5는 도 2의 연료 유출구와 연료 충돌막까지의 이격 거리가 짧아지는 경우를 도시한 단면도이다. FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a case in which a separation distance between the fuel outlet port and the fuel impingement membrane of FIG. 2 is shortened.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100: 공기 충돌형 연료 노즐 110: 연료 노즐부100: air impingement fuel nozzle 110: fuel nozzle unit
114: 연료 유입구 115: 관통공114: fuel inlet 115: through hole
116: 연료 유출구 120: 연료 충돌부116: fuel outlet 120: fuel impact portion
124: 연료 충돌판 130: 공기 방출부124: fuel impingement plate 130: air discharge portion
140: 길이 변위부 141: 압전 변환기140: length displacement portion 141: piezoelectric transducer
142: 압전 소자 L: 액막142: piezoelectric element L: liquid film
D: 연료 충돌판과 연료 유출구 간의 이격 거리D: separation distance between fuel impingement plate and fuel outlet
본 발명은 공기 충돌형 연료 노즐에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연소기 내로 유입되는 연료의 유량, 분사각 등의 분무특성을 제어할 수 있으며, 능동 연소 제어가 가능한 구조를 가진 가스 터빈용 연소기 등에 사용할 수 있는 공기 충돌형 연료 노즐에 관한 것이다.The present invention relates to an air impingement fuel nozzle, and more particularly, to control spray characteristics such as flow rate and injection angle of fuel flowing into a combustor, and to use the gas turbine combustor having an active combustion control structure. And an air impingement type fuel nozzle.
가스 터빈에 있어서 고온 고압의 팽창공기를 얻기 위해서는 연소기 내에서 압축상태의 공기를 연소시켜야 한다. 압축공기를 연소시키기 위해서는 압축된 공기에 연료 노즐로써 연료를 분사하고, 이와 동시에 점화플러그로 점화 시킨 후 계속적으로 연료를 분사해 주어야 한다. In a gas turbine, compressed air must be combusted in a combustor in order to obtain high temperature and high pressure expansion air. In order to combust compressed air, fuel must be injected into the compressed air with a fuel nozzle, and at the same time, the fuel is ignited with a spark plug and then continuously injected with fuel.
이러한 가스 터빈 연소기에 사용되는 여러 종류의 연료 노즐 중 에어 어시스트 노즐(air assist nozzle) 등의 공기 충돌형 연료 노즐은 압력에너지를 미립화 에너지로 변환하는 기구를 가짐과 동시에, 공기를 사용하여 저압에서도 우수한 미립화를 성능을 가지도록 한 것으로서, 가스 터빈, 산업용 연소기 및 가정용 보일러에 이르기까지 매우 폭 넓게 사용되고 있다. Among the various types of fuel nozzles used in the gas turbine combustor, an air impingement fuel nozzle such as an air assist nozzle has a mechanism for converting pressure energy into atomized energy, and at the same time, it is excellent in low pressure using air. As a result of atomization performance, it is widely used in gas turbines, industrial combustors, and domestic boilers.
도 1에 도시된 바와 같이, 가스 터빈 연소기에 사용되는 통상적인 공기 충돌형 연료 노즐(10)은 연료 노즐부(11), 선회부(20) 및 공기 노즐부(30)를 구비한다. 연료 노즐부(11)는 연료를 유입하여 외부로 분무한다. 선회부(20)는, 상기 연료 노즐부(11)로부터 분사된 연료와 부딪치도록 형성된 액막판(22)을 구비한다. 상기 공기 노즐부(30)는 상기 액막판(22) 후방에 형성되어서, 상기 액막판(22)에 충돌된 연료와 부딪치는 공기를 분사한다. 따라서, 상기 연료 노즐부(11)로부터 분사된 연료는 액막판(22)과 부딪치면서 액막(L)을 형성하게 되고, 이 액막(L)은 공기 노즐부(30)로부터 분출된 압축 공기와 충돌하게 되어서 미립화 되어서 연소기 내로 분사되게 된다. As shown in FIG. 1, a conventional air
그런데, 상기와 같은 통상적인 가스 터빈용 연료 노즐(10)은, 연료 노즐부(11)로부터 액막판(22)까지의 길이(D)가 항상 일정하며, 따라서 연료 노즐부(11)로부터 분출되어 액막판(22)에서 부딪치면서 발생하는 액막(L)의 길이가 일정하게 된다. 이로 인하여 다음과 같은 문제점이 발생한다. By the way, the above-mentioned conventional gas
첫째, 분무성능 제어가 어려워진다. 즉, 연료 노즐부(11)와 액막판(22)의 위치가 조립공정에서 고정되면, 전술한 바와 같이 액막(L)의 길이가 항상 일정하게 되므로, 사용자의 요구에 따른 액막 조절이 불가능하다. 일반적으로 액막(L)의 길이가 길 경우, 충돌 공기량이 증가하여 액적의 크기가 작아져서, 전반적인 분무성능이 향상되는 것으로 알려져 있다. 또한 시동시의 약한 연료 공급 압력 하에서는 액막의 길이를 증가시켜 점화성능 향상을 기대할 수 있으나, 액막의 길이가 고정된 종래 기술에서는 불가능하다.First, it becomes difficult to control spray performance. That is, when the positions of the
둘째, 열변형으로 인한 연료 노즐부(10)와 액막판(22)의 상대 위치 변화에 대응이 어려워진다. 즉, 연료 노즐부(10)와 액막판(22)을 포함하는 연료 노즐은 가 스터빈 연소기 입구에 위치하는 부품으로, 연소실 내의 고온의 영향을 받아 열변형이 일어나는 대표적인 부품 중의 하나이다. 따라서 초기 조립시의 성능과 장시간 운용 후의 성능 차이가 많이 발생하게 되고, 이러한 성능변화가 누적되면 패턴팩터(Pattern Factor) 등이 악화되어, 엔진에 치명적인 손상을 가져올 수 있다. 공기충돌형 연료노즐의 대표적인 열변형이 금속재질의 열팽창으로 인한 초기 조립위치의 이탈현상으로 인한 분무성능의 변화인데, 기존의 연료 노즐부(11)와 액막판(22) 사이에 일정한 간격(D)을 가진 연료 노즐에서는 이러한 문제에 대한 해결책이 전무하였다.Second, it becomes difficult to cope with the relative position change of the
셋째, 능동연소제어가 불가능하다. 즉, 하나의 가스터빈 연소기에는 수개 내지 수십 개의 연료 노즐들이 사용되는데, 각각의 연료 노즐들의 분무성능을 고속/미세 제어할 수 있다면, 연소기의 연소성능 향상뿐만 아니라, 연소 불안정 현상등과 같은 기술적 난제들을 해결할 수 있다. 그러나 종래 기술에 의하면 각각의 연료 노즐의 분무 특성을 미세하게 변경시키는 것은 불가능하다.Third, active combustion control is impossible. That is, one to several dozen fuel nozzles are used in one gas turbine combustor. If the atomizing performance of each fuel nozzle can be controlled at high speed and finely, technical difficulties such as not only the combustion performance improvement of the combustor but also the combustion instability phenomenon, etc. Can solve them. However, according to the prior art, it is impossible to change the spray characteristic of each fuel nozzle finely.
본 발명은 이러한 문제점을 포함한 여러 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 연료 유량 및 분사각 등의 분무특성을 제어할 수 있는 구조를 가진 공기 충돌형 연료 노즐을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve various problems including the above problems, and an object of the present invention is to provide an air collision type fuel nozzle having a structure capable of controlling spray characteristics such as fuel flow rate and injection angle.
본 발명의 다른 목적은, 열변형으로 인한 연료 노즐부와 공기 노즐부의 상대 위치 변화에 대응이 간단한 구조를 가진 공기 충돌형 연료 노즐을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an air impingement fuel nozzle having a structure in which the fuel nozzle portion and the air nozzle portion change relative positions due to thermal deformation.
본 발명의 또 다른 목적은, 능동연소 제어가 간편한 공기 충돌형 연료 노즐을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide an air impingement fuel nozzle with easy active combustion control.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기 충돌형 연료 노즐은: 연료 유입구 및 연료 유출구가 각각 일측 및 타측에 배치된 관통공이 내측에 길이 방향으로 형성된 연료 노즐부와; 상기 연료 유출구로부터 이격 거리를 가지며 상기 연료 유출구로부터 분사된 연료가 부딪치도록 형성된 연료 충돌판을 구비하며, 상기 연료 노즐부와 결합된 연료 충돌부와; 상기 연료 충돌부에 부딪친 연료와 충돌하는 공기를 방출하는 공기 방출부와; 상기 연료 충돌부와 연료 유출구 사이의 길이 방향의 이격 거리를 변경 제어할 수 있도록 전기적 신호 인가 시에 그 변위가 변화하는 적어도 하나 이상의 압전 소자가 적층된 압전 변환기를 가지는 길이 변위부를 구비한다.In order to achieve the above object, an air collision fuel nozzle according to a preferred embodiment of the present invention includes: a fuel nozzle portion having a fuel inlet and a fuel outlet formed in a lengthwise direction through-holes disposed at one side and the other side, respectively; A fuel impingement part having a separation distance from the fuel outlet and having a fuel impingement plate formed to collide with fuel injected from the fuel outlet, and coupled to the fuel nozzle part; An air discharge unit for discharging air colliding with the fuel hit by the fuel collision unit; And a piezoelectric transducer having a piezoelectric transducer in which at least one piezoelectric element whose displacement changes when an electrical signal is applied is changed so that the distance between the fuel impingement portion and the fuel outlet port in the longitudinal direction can be changed and controlled.
상기 압전 변환기는, 전기적 신호 인가 시에 그 변위가 변화하는 적어도 하나 이상의 압전 소자가 적층된 것이 바람직하다.In the piezoelectric transducer, at least one piezoelectric element whose displacement is changed when an electrical signal is applied is preferably stacked.
이 경우, 상기 압전 변환기는 상기 관통공의 길이방향으로 분극된 것이 바람직하다.In this case, the piezoelectric transducer is preferably polarized in the longitudinal direction of the through hole.
또한, 상기 연료 충돌부는, 상기 연료 충돌판으로부터 절곡 연장된 것으로 상기 연료 노즐 방향으로 형성된 연료 안내판을 더 구비하고, 이 경우 상기 압전 변환기는, 그 일측 단부 및 타측 단부가 각각 상기 연료 안내판 및 연료 노즐부와 결합되는 것이 바람직하다.The fuel impingement part further includes a fuel guide plate which is bent from the fuel impingement plate and formed in the fuel nozzle direction. In this case, the piezoelectric transducer has one end portion and the other end portion of the fuel guide plate and the fuel nozzle, respectively. It is preferable to combine with a part.
상기 압전 소자는 LiNbO3 소재로 이루어진 것이 바람직하다.The piezoelectric element is preferably made of LiNbO 3 material.
여기서, 상기 연료 노즐부는, 상기 길이 변위부와 접합되도록 상기 노즐 몸체로부터 관통공 반경 방향으로 돌출 형성된 돌출 결합부를 구비할 수 있다.Here, the fuel nozzle unit may include a protruding coupling portion protruding from the nozzle body in a radial direction to be joined to the length displacement portion.
한편, 공기 충돌형 연료 노즐은 가스 터빈 연소기에 사용되는 것이 바람직하다.On the other hand, the air collision type fuel nozzle is preferably used for a gas turbine combustor.
이하, 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 보다 상세히 설명하기로 한다. 이 경우, 이하에서는 설명의 편의상 공기 충돌형 연료 노즐이 가스 터빈의 연소기에 사용되는 것으로 가정하여 설명하나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기 충돌형 연료 노즐을 도시한 단면도이다. Hereinafter, with reference to an embodiment shown in the accompanying drawings the present invention will be described in more detail. In this case, hereinafter, for convenience of description, it is assumed that the air collision type fuel nozzle is used in the combustor of the gas turbine, but the present invention is not limited thereto. 2 is a cross-sectional view showing an air collision type fuel nozzle according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명인 공기 충돌형 연료 노즐(100)은 연료 노즐부(110)와, 연료 충돌부(120)와, 공기 방출부(130)와, 길이 변위부(140)를 구비한다. 연료 노즐부(110)는, 그 내측에 길이 방향으로 형성된 관통공(115)을 구비한다. 이 관통공(115)은 연료가 관통하는 통로로서, 연료의 유입 통로를 이루는 연료 유입구(114)가 일측에 형성되고, 연료의 유출 통로를 이루는 연료 유출구(116)가 타측에 형성된다. 이 경우, 상기 관통공(115) 내에는 스월러(118)가 형성될 수 있으며, 이 스월러(118)는 관통공(115)을 내통하는 연료가 선회하도록 하는 기능을 한다.Referring to FIG. 2, the air collision
연료 충돌부(120)는 상기 연료 유출구(116)로부터 이격 거리(D)를 가지며 상 기 연료 노즐부(110)와 결합된 것으로, 상기 연료 유출구(116)로부터 1차 분무된 연료가 부딪치도록 형성된다. 이 경우, 상기 연료 충돌부(120)는 연료 안내판(122)과 연료 충돌판(124)을 구비할 수 있다. 연료 안내판(122)은 상기 연료 노즐부(110)와 결합되며 상기 관통공(115) 길이 방향으로 연장 형성된다. 연료 충돌판(124)은 상기 관통공(115) 길이 방향과 경사지도록 형성되어 연료가 이에 부딪치도록 한다. 따라서 상기 연료 유출구(116)를 통하여 외부로 방출된 연료는 상기 연료 충돌판(124)에 부딪치면서 액막(L)을 형성하게 된다. The
공기 방출부(130)는 상기 연료 충돌부(120)에 부딪친 연료와 충돌하는 공기를 방출한다. 이 강한 공기 흐름이 액막(L)과 충돌하여서 최종 2차 분무를 형성한다. 이 경우, 상기 공기 방출부(130)는 연료 충돌부(120)와 일체로 형성될 수 있다.The
본 발명은, 상기 연료 충돌판(124)과 연료 유출구(116) 사이의 길이 방향의 이격 거리(D)를 변경 제어할 수 있는 길이 변위부(140)를 더 구비한다. 상기 연료 충돌판(124)과 연료 유출구(116) 사이의 이격 거리(D)가 변함에 따라서 연료 유출구(116)로부터 1차 분무된 연료가 상기 연료 충돌판(124)에 충돌하는 시간도 변하게 되며, 이로 인하여 연료 충돌판(124)에서 생성되는 액막(L)의 길이 또한 변하게 된다. The present invention further includes a
공지된 바와 같이 액막(L)의 길이가 변경됨에 따라서 최종 분무 성능 및 분무 형상이 상이하다. 예를 들어 액막(L)의 길이가 길수록 공기와 충돌하는 표면적이 증가하게 되어서 생성되는 액적의 크기가 작게 되는 등, 전반적으로 분무 성능 이 향상된다. 따라서 가스 터빈 시동시의 약한 연료 공급 하에서는 액막(L)의 길이가 길도록 길이 변위부(140)가 형성됨으로써 점화 성능을 향상시킬 수 있다. As is known, the final spraying performance and spraying shape are different as the length of the liquid film L is changed. For example, as the length of the liquid film L increases, the surface area colliding with the air increases, so that the size of the generated droplets decreases. Therefore, under the weak fuel supply at the start of the gas turbine, the
이와 더불어 장기간 가스 터빈을 사용하는 경우, 연소기 내의 고온의 영향을 받아서 연료 노즐의 재료인 금속에 열변형이 발생하게 되고, 이로 인하여 초기 세팅된 분무 성능 및 분무 형성이 변화하게 된다. 따라서 이 경우에 상기 길이 변위부(140)가 상기 연료 유출구(116)와 연료 충돌판(124) 사이의 이격 거리를 조절함으로써 기간의 경과에 관계없이 일정한 분무성능을 가질 수 있다. In addition, when the gas turbine is used for a long time, thermal deformation occurs in the metal, which is the material of the fuel nozzle, under the influence of the high temperature in the combustor, thereby changing the initially set spray performance and spray formation. Therefore, in this case, the
또한, 가스 터빈에는 수개 내지 수십개의 연료 노즐이 사용되는데, 각각의 연료 노즐의 분무 특성을 조절할 수 있음으로써, 전체 연소기의 연소 성능이 향상되고, 연소 불안정 현상이 방지될 수 있다. In addition, several to several dozen fuel nozzles are used in the gas turbine, and by adjusting the spray characteristics of each fuel nozzle, the combustion performance of the entire combustor can be improved, and combustion instability can be prevented.
이 경우, 상기 길이 변위부(140)는, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 압전 소자(piezo-electric material, 142)로 이루어진 압전 변환기(141)일 수 있다. 압전 소자란 역압전 현상(inverse piezoelectricity phenomenon)을 이용한 것으로서, 이에 전압이 인가되면 변형이 생기는 물체이다. 여기서, 역압전 현상이란 압전성을 가지는 물체에 고주파 전압을 걸면 압전 소자가 주기적으로 신축하는 현상을 의미한다.In this case, the
이 경우, 단일 압전 소자(142)는 통상적으로 최대 수십 μm 의 변위량을 가지며 수 μsec 내지 수십 μsec의 응답속도를 가진다. 따라서 상기 길이 변위부(140)를 압전 소자(142)로 형성시킴으로써 상기 연료 유출구(116)로부터 연료 충돌판(124)까지의 이격 거리(D)를 미세하게 변화시킬 수 있다. 본 발명의 실시예에 따 른 공기 충돌형 연료 노즐에 사용되는 상기 압전 변환기(141)는 수십 내지 수백 볼트의 기전력을 인가하여 최대 2mm 내지 6mm의 변위량을 가지는 것이 바람직하며, 이를 위하여 다수개의 압전 소자(142)를 적층하여 변위량을 늘일 수 있다. In this case, the single piezoelectric element 142 typically has a displacement of up to several tens of micrometers and a response speed of several to several tens of microseconds. Accordingly, by forming the
상기 압전 소자(142)로서는 PZT, BTO(BaTiO3), PMN(Pb-Mg-Nb), SBT(SrBi2Ta2O9), LiNbO3 , 또는 BaMgF4 중 하나로 형성될 수 있다. 압전 소자(142)가 가스 터빈 연소기의 고온 내에서도 압전 특성이 우수한 소재로 이루어질 필요가 있는데, 특히 상기 압전 소자(142)가 LiNbO3 소재로 이루어진 것이 바람직한데, 이는 상기 LiNbO3 소재가 1250℃의 고온에서도 양호한 압전 특성을 가지기 때문이다. 이 경우, 상기 연료 노즐 내부 또는 연료 노즐 외부에는 상기 압전 소자(142)에 전압을 인가하는 전력 공급 장치가 배치된다.The piezoelectric element 142 may be formed of one of PZT, BTO (BaTiO 3 ), PMN (Pb-Mg-Nb), SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 ), LiNbO 3, or BaMgF 4 . It is necessary to the piezoelectric element 142 is formed of an excellent material piezoelectric property even in high temperature of a gas turbine combustor, in particular preferred that the piezoelectric element 142 is made of a LiNbO 3 material, which is a high temperature of the LiNbO 3 material 1250 ℃ This is because it also has good piezoelectric properties. In this case, a power supply device for applying a voltage to the piezoelectric element 142 is disposed inside the fuel nozzle or outside the fuel nozzle.
이 경우, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 상기 길이 변위부(140)를 이루는 압전 변환기(141)가 길이 방향으로 분극될 수 있으며, 따라서 상기 연료 유출구(116) 및 상기 연료 충돌판(124)의 이격 거리(D)가 상기 길이 변위부(140)의 길이 방향으로 신장 또는 수축될 수 있다. In this case, as illustrated in FIGS. 3 to 5, the piezoelectric transducer 141 constituting the
상기 압전 소자(142)에게 인가하는 전압을 제어함으로써 상기 연료 유출구(116) 및 상기 연료 충돌판(124) 간의 이격 거리를 조절할 수 있다. 즉, 상기 압전 변환기(141)의 상기 연료 노즐과 인접한 일측 단부와, 그 반대편에 형성된 타측 단부에 각각 반대의 전압을 인가할 수 있다. 이 경우, 상기 일측 단부가 연료 노즐부(110)와 결합되어 고정되어 있다. 따라서 압전 변환기(141)에 전압이 인가되는 경 우 상기 인가되는 전압만큼 타측 단부가 상기 관통공(115)의 길이 방향으로 신장하게 되거나, 연료 노즐부 측으로 압축되어서 상기 연료 유출구(116) 및 상기 연료 충돌판(124) 간의 이격 거리(D)를 변경할 수 있다. By controlling the voltage applied to the piezoelectric element 142, the separation distance between the
예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 압전 변환기(141)를 타측 단부에 (+)극이 형성되도록 하고, 일측 단부에 (-)극이 형성되도록 배치한다. 이 경우 상기 공기 충돌형 연료 노즐(100)에 내장 또는 공기 충돌형 연료 노즐(100) 외부에 배치된 전력 공급부(160)로부터 상기 압전 변환기(141)에 전압을 인가하지 않은 경우에는, 상기 압전 변환기(141)가 기준 길이(D_a)를 가지고 있다. For example, as shown in FIG. 3, the piezoelectric transducer 141 is disposed such that a positive electrode is formed at the other end and a negative electrode is formed at one end. In this case, when no voltage is applied to the piezoelectric transducer 141 from the
이 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 압전 변환기(141) 타측 단부에 (+) 전압을 인가하고 일측 단부에 (-) 전압을 인가하는 경우, 상기 압전 변환기(141)는 역압전 현상으로 인하여 상기 전압에 대응된 길이(D_b)가 되도록 신장이 일어나게 된다. 이로 인하여 액막(L)의 길이 또한 변경하게 된다.In this case, as shown in FIG. 4, when a positive voltage is applied to the other end of the piezoelectric transducer 141 and a negative voltage is applied to one end of the piezoelectric transducer 141, the piezoelectric transducer 141 is a reverse piezoelectric phenomenon. Due to this, the stretching occurs to have a length D_b corresponding to the voltage. As a result, the length of the liquid film L is also changed.
또한, 도 4의 상태에서 인가된 전압을 약하게 하거나, 도 5에 도시된 바와 같이, 타측 단부에 (-)의 전압을 인가하고 일측 단부에 (+) 전압을 인가하는 경우에는, 상기 압전 변환기(141)는 그 전압에 대응되어 그 길이(D_c)가 감소하게 된다. 이로 인하여 액막(L)의 길이가 또 다시 변경하게 된다.In addition, when the voltage applied in the state of FIG. 4 is weakened, or as shown in FIG. 5, a negative voltage is applied to the other end and a positive voltage is applied to one end, the piezoelectric converter ( 141 corresponds to the voltage and the length D_c is reduced. As a result, the length of the liquid film L is changed again.
다시 도 2로 되돌아가서, 상기 연료 충돌부(120)는 연료 안내판(122)을 더 구비할 수 있다. 이 연료 안내판(122)은 상기 연료 충돌판(124)으로부터 절곡되어 연장된 것으로, 상기 연료 노즐부(110) 방향으로 형성된다. 이 연료 안내판(122)은 관통공(115) 길이 방향으로 형성되어 실린더 형상을 가진다. 이 경우, 상기 압전 변환기(141)는 상기 연료 안내판(122) 및 연료 노즐부(110)와 결합되도록, 상기 연료 안내판(122) 및 연료 노즐부(110) 사이에 개재되는 것이 바람직하다. 따라서 상기 압전 변환기(141)가 늘어남에 따라서, 연료 안내판(122)이 길어지는 효과가 발생하게 되어서 상기 연료 유출구(116)와 연료 충돌판(124) 사이의 간격이 커지게 되고, 상기 압전 변환기(141)가 줄어듦에 따라서 상기 연료 유출구(116)와 연료 충돌판(124) 사이의 간격이 작아지게 된다. 이 경우, 통상적으로 연료 노즐부(110)는 고정되어 있으므로 상기 압전 변환기(141)는 연료 안내판(122) 쪽으로 늘어나게 되고, 따라서 상기 연료 안내판(122)이 상기 연료 노즐부(110) 반대편으로 늘어나게 된다. 2, the
한편, 상기 연료 노즐부(110)는 돌출 결합부(116)를 더 구비할 수 있다. 이 돌출 결합부(116)는 실린더 형상으로 상기 길이 변위부(140)와 접합되도록 상기 연료 노즐의 몸체로부터 관통공(115) 반경 방향으로 돌출 형성된다. 즉, 상기 길이 변위부(140)의 일측 단부는 상기 돌출 결합부와 결합되고, 타측 단부는 연료 안내판(122)과 결합될 수 있다.On the other hand, the
이하에서는, 이와 같은 구조를 가진 본 발명의 작동에 대하여 설명한다. 먼저 연료 노즐부(110)의 연료 유출구(116)에서 연료가 연료 충돌판(124) 쪽으로 분사됨으로써 1차 분무가 형성된다. Hereinafter, the operation of the present invention having such a structure will be described. First, fuel is injected from the
1차 분무된 연료는 상기 관통공(115)의 길이 방향과 경사진 연료 충돌판(124)과 충돌하게 되어서, 연료의 액막(L)이 형성된다. 이 경우, 상기 액막(L)의 길이에 따라서 분무 특성 및 분무 성능이 변경하게 되므로, 가스 터빈의 초기 점화 상태인지 여부, 장시간 사용 여부, 열변형 여부, 및 가스 터빈 출구의 화염 안정화 여부에 따라서 길이 변위부(140)가 상기 연료 충돌판(124)과 연료 유출구(116) 사이의 이격 거리를 변경할 수 있다.The primary sprayed fuel collides with the
그 후, 상기 액막(L)은, 공기 방출부(130)로부터 방출된 강한 공기 흐름과 부딪치게 되고, 상기 액막(L)과 공기 흐름과의 속도 차이에 의하여 액막(L)은 액적으로 발달함과 동시에 연료 노즐 밖으로 2차 분무하게 된다. Subsequently, the liquid film L collides with a strong air flow discharged from the
상기 2차 분무된 연료는 가스 터빈 연소기 내로 분사되게 된다. The secondary sprayed fuel is injected into a gas turbine combustor.
이상 상기한 바와 같은 구조를 가진 본 발명에 의하면, 연료 유출구로부터 연료 충돌판까지의 이격 거리를 제어함으로써 상기 연료 충돌판에서 생성되는 액적의 물리적 특징을 제어할 수 있다. 따라서, 연료 유량 및 분사각 등의 분무특성을 제어할 수 있다.According to the present invention having the above-described structure, it is possible to control the physical characteristics of the droplets generated in the fuel collision plate by controlling the separation distance from the fuel outlet to the fuel collision plate. Therefore, spray characteristics such as fuel flow rate and injection angle can be controlled.
또한, 고온에서 작동하는 가스 터빈 연소기 내부에서 발생할 수 있는 열변형으로 인한 연료 노즐부와 공기 노즐부의 상대 위치 변화에 대응하여, 압전 변환기가 미세하고 신속하게 대응 가능하므로, 열팽창으로 인환 분무 특성의 열화를 방지할 수 있다. In addition, the piezoelectric transducer responds finely and quickly in response to changes in relative positions of the fuel nozzle unit and the air nozzle unit due to thermal deformation that may occur inside a gas turbine combustor operating at a high temperature. Can be prevented.
이와 더불어, 개별 연료 노즐마다 분무 성능을 미세하고 신속하게 제어 가능하므로 가스 터빈 연소기에서의 능동연소 제어가 가능하여지며, 결과적으로 가스 터빈의 성능이 향상된다.In addition, fine and rapid control of spray performance for each individual fuel nozzle enables active combustion control in the gas turbine combustor, resulting in improved gas turbine performance.
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. 따라서, 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 (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020050055411A KR20060135445A (en) | 2005-06-25 | 2005-06-25 | Air collision type fuel nozzle |
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KR1020050055411A KR20060135445A (en) | 2005-06-25 | 2005-06-25 | Air collision type fuel nozzle |
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ID=37813449
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KR1020050055411A KR20060135445A (en) | 2005-06-25 | 2005-06-25 | Air collision type fuel nozzle |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20180054028A (en) * | 2016-11-14 | 2018-05-24 | 한화에어로스페이스 주식회사 | fuel injection apparatus for gas turbine |
CN112682114A (en) * | 2020-12-22 | 2021-04-20 | 西安精密机械研究所 | High-power turbine power system rotating speed closed-loop control method based on flow regulation |
KR102603280B1 (en) * | 2023-04-17 | 2023-11-17 | 금오이엠에스(주) | Spray cooling system for die casting molding |
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2005
- 2005-06-25 KR KR1020050055411A patent/KR20060135445A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20180054028A (en) * | 2016-11-14 | 2018-05-24 | 한화에어로스페이스 주식회사 | fuel injection apparatus for gas turbine |
CN112682114A (en) * | 2020-12-22 | 2021-04-20 | 西安精密机械研究所 | High-power turbine power system rotating speed closed-loop control method based on flow regulation |
KR102603280B1 (en) * | 2023-04-17 | 2023-11-17 | 금오이엠에스(주) | Spray cooling system for die casting molding |
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