KR20110053586A - 가스터빈 엔진용 연소기의 점화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스터빈 엔진용 연소기의 점화장치를 개시한다. 상기 연소기의 점화장치는 연소기 라이너(15)의 외부와 내부의 차압에 의해 공급되는 공기와 연료탱크로부터 공급되는 연료가스의 혼합이 이루어지는 출구공간부(2a)를 갖는 본체케이스(2)와, 상기 연료탱크로부터 상기 본체케이스(2)의 출구공간부(2a)로 연료가스를 공급할 수 있도록 상기 본체케이스(2)의 일측에 구비되고 전측에 노즐팁(3a)을 갖는 연료노즐부(3)와, 상기 본체케이스(2)의 타측에 구비되는 점화플러그(4)를 포함하는 점화장치에 있어서, 사용되는 연료의 종류에 따라 상기 연료노즐부(3)의 노즐팁(3a)을 상기 본체케이스(2)의 기 장착위치로부터 가변시켜 고정시킬 수 있도록 상기 본체케이스(2)와 상기 연료노즐부(3) 사이에 끼워지는 스패이스링(5); 및 상기 연료노즐부(3)를 상기 본체케이스(2)에 탈착 가능하게 고정시키는 결합수단(6);을 포함하는 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 연료노즐부의 노즐팁을 점화장치의 본체케이스의 기 장착위치에 대해 가변시킬 수 있게 하여, 가스터빈 엔진이 판매되어 사용되는 어떤 국가 또는 지역에서 선호되거나 권장되는 연료를 사용할 수 있게 한다.

가스터빈, 엔진, 연소기, 점화장치

Description

가스터빈 엔진용 연소기의 점화장치{Ignition device for a combustor for a gas turbine engine}

본 발명은 가스터빈 엔진용 연소기의 점화장치에 관한 것으로, 특히 사용되는 연료의 종류에 따라 연료노즐부의 노즐팁을 점화장치의 본체케이스의 기 장착위치에 대해 가변시킬 수 있게 하고, 연료를 긴 분사시간과 짧은 분사시간을 반복적으로 수행하는 펄스타입으로 공급하여 점화 성공율을 높일 수 있게 하는 가스터빈 엔진용 연소기의 점화장치에 관한 것이다.

일반적으로, 가스터빈 엔진은 일종의 회전식 내연기관으로서, 외부로부터 공기를 공급받아 고압으로 압축시키는 압축기와, 상기 압축기로부터 공급되는 고압의 공기와 연료탱크로부터 공급되는 연료가스를 혼합하여 혼합가스를 발생시키는 연소기와, 상기 연소기로부터 공급되는 혼합가스를 연소시켜 고온고압의 배출가스를 발생시키는 연소기 라이너와, 상기 연소기 라이너로부터 배출되는 고압의 배출가스에 의해 회전되는 터빈을 포함한다.

또한, 상기 터빈은 가스터빈 엔진식 발전기의 경우 발전기의 입력축과 연결되어 발전기에 발전동력을 제공하고, 제트엔진식 비행기의 경우 제트노즐과 결합되 어 상기 제트노즐을 통해 고압의 배출가스를 고속으로 분출시켜 비행기에 추력을 발생시킨다. 상기 압축기는 상기 터빈의 전체 회전동력 중의 일부에 의해 가동되며, 이에 의해 외부로부터 유입되는 공기를 고압으로 압축시킨다.

또한, 상기 연소기 라이너의 일측부에는 상기 연소기로부터 공급되는 혼합가스를 점화시키는 점화장치가 구비된다. 상기 점화장치는 본체케이스, 연료노즐부, 점화플러그 등을 포함한다. 따라서, 상기 연료노즐부로부터 공급되는 연료가스와 상기 압축기로부터 공급되는 공기가 상기 연소기 라이너와 마주하는 상기 점화장치의 출구공간측으로 분사되어 혼합가스를 형성하고 상기 점화플러그로부터 화염이 일어나면, 상기 점화장치 내의 혼합가스가 점화되어 상기 연소기 라이너 내의 혼합가스를 연소시킬 수 있게 된다.

그러나, 종래 기술에 따른 가스터빈 엔진용 연소기의 점화장치는 연료노즐부가 상기 점화장치의 본체케이스의 기 장착위치에서 가변 불가능하게 설치된 구조로 이루어져 있다. 그 때문에, 종래 기술에 따른 가스터빈 엔진용 연소기의 점화장치는 가스터빈 엔진이 사용되는 어떤 국가 또는 지역에서 선호되거나 권장되는 연료의 특성과 점화장치가 서로 잘 맞지 않을 경우 점화불량을 자주 일으키는 문제가 있었다.

또한, 종래 기술에 따른 가스터빈 엔진용 연소기의 점화장치는 상기 점화장치의 출구공간 내의 혼합가스가 점화플러그에 의해 점화되기 전까지 연료탱크로부터 공급되는 연료가스가 연료노즐부를 통해 상기 점화장치의 출구공간으로 계속해서 균일하게 분사되는 구조이었다. 그 때문에, 종래 기술에 따른 가스터빈 엔진용 연소기의 점화장치는 상기 연소기 라이너의 내외부의 압력 차이에 의해 상기 연소기 라이너의 외부로부터 상기 점화장치 내로 공급되는 공기와 상기 연료노즐부로부터 상기 점화장치 내로 분사되는 연료가스의 혼합비율을 사용되는 연료의 종류에 따라 근본적으로 조절할 수 없어 점화불량의 우려가 매우 높았다.

이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 사용되는 연료의 종류에 따라 연료노즐부의 노즐팁을 점화장치의 본체케이스의 기 장착위치에 대해 가변시킬 수 있게 하여 점화장치의 적용범위를 증대시킬 수 있게 하는 가스터빈 엔진용 연소기의 점화장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 긴 분사시간과 짧은 분사시간을 적절히 조합하여 점화장치의 본체케이스 내의 출구공간으로 분사작업을 반복적으로 수행하는 펄스타입 분사 제어방식으로 연료 분사작업을 제어하여 점화 성공율을 높일 수 있게 하는 가스터빈 엔진용 연소기의 점화장치를 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 연소기 라이너의 외부와 내부의 차압에 의해 공급되는 공기와 연료탱크로부터 공급되는 연료가스의 혼합이 이루어지는 출구공간부를 갖는 본체케이스와, 상기 연료탱크로부터 상기 본체케이스의 출구공간부로 연료가스를 공급할 수 있도록 상기 본체케이스의 일측에 구비되고 전측에 노즐팁을 갖는 연료노즐부와, 상기 본체케이스의 타측에 구비되는 점화플러그를 포함하는 점화장치에 있어서,

사용되는 연료의 종류에 따라 상기 연료노즐부의 노즐팁을 상기 본체케이스의 기 장착위치로부터 가변시켜 고정시킬 수 있도록 상기 본체케이스와 상기 연료노즐부 사이에 끼워지는 스패이스링; 및

상기 연료노즐부를 상기 본체케이스에 탈착 가능하게 고정시키는 결합수단;을 포함하는 가스터빈 엔진용 연소기의 점화장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 위의 본 발명의 일실시예에 대하여 다음의 구체적인 실시예들을 더 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 점화장치는 상기 연료노즐부를 통해 흐르는 연료가스의 통과유량을 조절할 수 있도록 상기 연료노즐부의 일측에 제공되는 유량조절밸브와, 상기 유량조절밸브와 전기적으로 연결되는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 제어부는 긴 분사시간과 짧은 분사시간을 조합하여 분사작업을 반복적으로 수행하는 펄스타입 분사 제어방식으로 상기 유량조절밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 본체케이스의 출구공간부는 입구측에서 출구측으로 갈 수록 내경이 축소되는 축소관 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 점화장치는 상기 점화장치의 점화 여부를 확인할 수 있도록 상기 제어부와 전기적으로 연결되는 점화센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 연료노즐부의 노즐팁을 점화장치의 본체케이스의 기 장착위치에 대해 가변시킬 수 있게 하여, 가스터빈 엔진이 판매되어 사용되는 어떤 국가 또는 지역에서 선호되거나 권장되는 연료를 사용할 수 있게 한다.

또한, 본 발명은 긴 분사시간과 짧은 분사시간을 적절히 조합하여 제어하는 펄스타입 분사 제어방식으로 제어할 수 있게 하여, 점화장치의 점화 성공율을 높일 수 있게 한다.

이하, 본 발명에 따른 가스터빈 엔진용 연소기의 점화장치의 실시예를 도 1과 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 가스터빈 엔진용 연소기의 점화장치를 보여주는 개략 단면도이다.

본 발명에 따른 가스터빈 엔진용 연소기의 점화장치(1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 연소기 라이너(15)의 외부와 내부의 차압에 의해 공급되는 공기와 연료탱크(미도시)로부터 공급되는 연료가스의 혼합이 이루어지는 출구공간부(2a)를 갖는 본체케이스(2)와, 상기 연료탱크로부터 상기 본체케이스(2)의 출구공간부(2a)로 연료가스를 공급할 수 있도록 상기 본체케이스(2)의 일측에 구비되고 전측에 노즐팁(3a)을 갖는 연료노즐부(3)와, 상기 본체케이스(2)의 타측에 구비되는 점화플러그(4)를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 가스터빈 엔진용 연소기의 점화장치는 위와 같은 점화장치의 기본구성에 아래와 같은 실시예의 특징들을 더 포함하는 구조로 이루어진다. 상기 점화장치(1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 사용되는 연료의 종류에 따라 상기 연료노즐부(3)의 노즐팁(3a)을 상기 본체케이스(2)의 기 장착위치로부터 가변시켜 고정시킬 수 있도록 상기 본체케이스(2)와 상기 연료노즐부(3) 사이에 끼워지는 스패이스링(5); 및 상기 연료노즐부(3)를 상기 본체케이스(2)에 탈착 가능하게 고정시키는 결합수단(6);을 포함하는 구조로 이루어진다.

위와 같은 가스터빈 엔진용 연소기의 점화장치 구조는 사용되는 연료의 발화특성에 맞도록 상기 본체케이스(2)와 상기 연료노즐부(3) 사이에 일정두께의 스패이스링(5)을 개재시켜 상기 결합수단(6)을 통해 고정시킬 수 있게 함으로써 가스터빈 엔진이 사용되는 어떤 국가 또는 지역에서 선호되거나 권장되는 다양한 종류의 해당 연료의 사용을 가능하게 한다.

상기 결합수단(6)은 예컨대, 상기 본체케이스(2)에 형성되는 적어도 두 개의 결합공과, 상기 스패이스링(5)에 형성되는 적어도 두 개의 관통공과, 상기 연료노즐부(3)에 형성되는 적어도 두 개의 관통공과, 상기 연료노즐부(3)와 상기 스패이스링(5)의 관통공들을 통해 상기 본체케이스(2)의 결합공들에 각각 체결되는 볼트(7) 등으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 가스터빈 엔진용 연소기의 점화장치는 전술한 바와 같은 기본구성에 다음의 구체적인 실시예들로 더 한정되는 형태로 이루어질 수 있다.

일실시예로, 상기 점화장치(1)는 상기 연료노즐부(3)를 통해 흐르는 연료가 스의 통과유량을 조절할 수 있도록 상기 연료노즐부(3)의 일측에 제공되는 유량조절밸브(8)와, 상기 유량조절밸브(8)와 전기적으로 연결되는 제어부(9)를 더 포함하는 구조로 이루어질 수 있다. 상기 유량조절밸브(8)는 상기 제어부(9)에 의해 전기적으로 제어되는 솔레노이드를 포함하는 밸브 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.

일실시예로, 상기 제어부(9)는 긴 분사시간과 짧은 분사시간을 조합하여 분사작업을 반복적으로 수행하는 펄스타입 분사 제어방식으로 상기 유량조절밸브(8)를 제어한다. 이 경우, 상기 유량조절밸브(8)는 상기 제어부(9)에 내장되는 메모리부에 미리 기억되는 분사제어프로그램을 통해 제조자 또는 사용자에 의해 바람직하게 설정된 시간구간별 제어패턴에 따라 제어될 수 있게 된다.

일실시예로, 상기 본체케이스(2)의 출구공간부(2a)는 입구측에서 출구측으로 갈 수록 내경이 축소되는 축소관 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 축소관 형태의 출구공간부(2a)는 상기 점화플러그(4)에 의해 상기 출구공간부(2a) 내의 혼합가스에 점화되어 발생된 화염이 연소기 라이너(15)쪽으로 빠르게 분사되게 한다.

일실시예로, 상기 점화장치(1)는 상기 점화장치의 점화 여부를 확인할 수 있도록 상기 제어부(9)와 전기적으로 연결되는 점화센서(미도시)를 더 포함하는 구조로 이루어질 수 있다. 상기 제어부(9)는 상기 점화센서를 통해 상기 점화장치(1)의 점화 여부를 체크할 수 있게 한다. 따라서, 상기 제어부(9)는 상기 점화센서로부터 수신된 출력신호에 기초하여 상기 점화플러그(4)의 스파크 동작, 상기 유량조절밸브(8)의 개구시간 등을 적절히 제어할 수 있게 한다. 한편, 상기 점화센서(미도시)는 열전대 등과 같은 감지요소로 이루어질 수 있다.

전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 가스터빈 엔진용 연소기의 점화장치의 작동을 도 2를 참조하여 설명한다.

먼저, 사용되는 연료의 점화특성을 고려하여 연료노즐부(3)의 노즐팁(3a)이 점화장치(1)의 본체케이스(2)의 출구공간부(2a) 내에 일정깊이로 침입되도록 적절한 두께의 스패이스링(5)을 선택한다.

그런 다음, 상기 본체케이스(2)와 상기 연료노즐부(3) 사이에 스패이스링(5)을 개재시킨 후, 상기 본체케이스(2)와 상기 연료노즐부(3)를 결합수단(6)을 매개로 하여 고정한다.

위와 같이, 상기 노즐팁(3a)을 갖는 연료노즐부(3)와 상기 스패이스링(5)을 상기 결합수단(6)에 의해 조립(또는 장착) 완료한 후, 가스터빈 엔진의 점화장치(1)를 시동시킨다.

그러면, 제어부(9)는 유량조절밸브(8)를 통해 미리 설정된 분사제어방식, 예컨대 펄스타입 분사 제어방식으로 상기 유량조절밸브(8)를 제어하여 점화 성공율을 높일 수 있게 된다.

또한, 상기 제어부(9)는 상기 점화센서(미도시)로부터 수신된 출력신호에 기초하여 상기 점화장치(1)의 점화여부를 판단하여 미리 결정된 상황별 제어방식에 따라 상기 점화장치(1)를 적절히 제어할 수 있게 된다.

이어서, 상기 점화장치(1)의 점화를 통해 시동을 위한 혼합가스가 수 초간 연소되면, 연소에 의해 발생되는 고온고압의 배출가스가 연소기 라이너(15)를 통해 터빈(미도시)을 회전시키게 됨으로써, 연소기의 시동이 이루어져 상기 연소기를 정 상가동할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서의 단순 치환, 변형 및 변경은 당 분야에서의 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 가스터빈 엔진용 연소기의 점화장치를 보여주는 개략 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 가스터빈 엔진용 연소기의 점화장치의 사용 상태도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 점화장치 2a: 출구공간부

2: 본체케이스 3a: 노즐팁

3: 연료노즐부 4: 점화플러그

5: 스패이스링 6: 결합수단

8: 유량조절밸브 9: 제어부

Claims (5)

1. 연소기 라이너(15)의 외부와 내부의 차압에 의해 공급되는 공기와 연료탱크로부터 공급되는 연료가스의 혼합이 이루어지는 출구공간부(2a)를 갖는 본체케이스(2)와, 상기 연료탱크로부터 상기 본체케이스(2)의 출구공간부(2a)로 연료가스를 공급할 수 있도록 상기 본체케이스(2)의 일측에 구비되고 전측에 노즐팁(3a)을 갖는 연료노즐부(3)와, 상기 본체케이스(2)의 타측에 구비되는 점화플러그(4)를 포함하는 점화장치에 있어서,

   사용되는 연료의 종류에 따라 상기 연료노즐부(3)의 노즐팁(3a)을 상기 본체케이스(2)의 기 장착위치로부터 가변시켜 고정시킬 수 있도록 상기 본체케이스(2)와 상기 연료노즐부(3) 사이에 끼워지는 스패이스링(5); 및

   상기 연료노즐부(3)를 상기 본체케이스(2)에 탈착 가능하게 고정시키는 결합수단(6);

   을 포함하는 가스터빈 엔진용 연소기의 점화장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 연료노즐부(3)를 통해 흐르는 연료가스의 통과유량을 조절할 수 있도록 상기 연료노즐부(3)의 일측에 제공되는 유량조절밸브(8)와, 상기 유량조절밸브(8)와 전기적으로 연결되는 제어부(9)를 더 포함하는 것인 가스터빈 엔진용 연소기의 점화장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제어부(9)는 긴 분사시간과 짧은 분사시간을 조합하여 분사작업을 반복적으로 수행하는 펄스타입 분사 제어방식으로 상기 유량조절밸브(8)를 제어하는 것인 가스터빈 엔진용 연소기의 점화장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 본체케이스(2)의 출구공간부(2a)는 입구측에서 출구측으로 갈 수록 내경이 축소되는 축소관 형태로 이루어진 것인 가스터빈 엔진용 연소기의 점화장치.
5. 제2항에 있어서,

   상기 점화장치의 점화 여부를 확인할 수 있도록 상기 제어부(9)와 전기적으로 연결되는 점화센서를 더 포함하는 것인 가스터빈 엔진용 연소기의 점화장치.

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