KR20150044820A - 연소기 냉각 구조 - Google Patents

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KR20150044820A
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미카엘 토마스 마우레르
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알스톰 테크놀러지 리미티드
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Abstract

본 발명은 가스 터빈의 연소기의 전이 부분(100)에 관한 것이고, 충돌 냉각 구역(200), 적어도 하나의 냉각 장치를 가진 연속 배열된 라이너(300), 연속 배치된 라이너에 대한 폐쇄판(500)을 포함하고, 연속 배열된 라이너는 냉각 채널 구조(400)를 갖고, 냉각 채널 구조(400)는 폐쇄 루프 냉각 구성 또는 유사-폐쇄 루프 냉각 구성을 형성하고, 냉각 채널 구조(400)는 연속 배치된 라이너(300)의 적어도 하나의 부분을 냉각하도록 냉각 매체에 작용적으로 연결된다.

Description

연소기 냉각 구조{COMBUSTOR COOLING STRUCTURE}
본 발명은 회전 기계에 대한 내부적으로 냉각된 연소기 터빈 인터페이스, 바람직하게는 가스 터빈 엔진에 관한 것이다.
본 발명은 근본적으로 충돌 냉각 구역, 적어도 하나의 냉각 장치를 가진 연속 배치된 라이너, 연속 배치된 라이너에 대한 폐쇄판을 포함하는 가스 터빈의 연소기의 전이 부분에 관한 것으로, 연속 배치된 라이너는 냉각 채널 구조를 갖고, 냉각 채널 구조는 폐쇄 루프 냉각 구성 또는 유사-폐쇄 루프 냉각 구성을 형성하고, 냉각 채널 구조는 연속 배치된 라이너의 적어도 하나의 부분을 냉각하도록 냉각 매체에 작용적으로 연결된다.
특히 연소기 터빈 인터페이스 내의 선택된 가스 터빈 엔진 구성 요소들이 압축기 유통관으로부터 공기 블리드(air bleed)의 공급에 의해 내부적으로 공기를 냉각하는 것은 잘 알려진 관행이다. 이러한 냉각은 물질들이 구성되는 물질들의 작용 범위 내에 연소기 구성 요소 온도를 유지하는 것을 필요로 한다.
EP 2 230 456 A2, 도 1 및 도 2를 참조하면, 일반적인 가스 터빈은 연소기 라이너에 의해 나타낸 바와 같이 상류 연소기로부터 고온 연소 가스가 아이템(14)에서 나타낸 터빈의 제 1 단계를 지나가는 전이 부분을 포함한다. 압축기 배출 공기의 약 50%는 전이 부분과 방사상 외부 전이 부분 충돌 슬리브 사이의 환형 구역 또는 환형부(또는 제 2 유동 환형부) 내의 유동을 위한 전이 부분 충돌 슬리브를 따라 그리고 전이 부분 충돌 슬리브에 대한 구멍들을 통과한다. 압축기 배출 유동의 남아있는 약 50%는 상류 연소 라이너 냉각 슬리브의 슬리브 구멍들 및 냉각 슬리브와 라이너 사이의 환형부 내로 지나가고 결국 환형부에서 공기와 혼합된다. 이 결합된 공기는 결국 연소 챔버 내에서 가스 터빈 연료와 혼합된다.
EP 2 230 456 A2, 도 4에 따르면, 각각의 스터브(stub)는 냉각 구멍을 실질적으로 둘러싸여 배치된 하나 또는 복수의 냉각 관들을 포함할 수 있다. 냉각 관들은 바람직하게 라이너를 통해 (화살표 아이템(56)에 의해 나타낸) 고온 가스 유동 방향에 대응하는 방향으로 냉각 구멍의 축(화살표 아이템(54)에 의해 나타낸)에 대한 각[알파]으로 향하게 된다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 냉각 관들은 냉각 관들을 통한 냉각 공기가 라이너를 통하는 고온 가스 유동 방향과 동일한 방향으로 적어도 방향 구성 요소를 갖도록, 냉각 구멍들의 축에 대해 각이 진다. 각이진 냉각 관들에 의해, 라이너 벽으로부터 멀리 고온 가스를 밀어내도록 스터브를 통해 각이 진 관들의 2개의 열들을 포함하는 것이 바람직하다. 각은 냉각 관들을 통해 유동하는 공기가 라이너 벽으로부터 멀리 고온 가스를 어렵게 밀어낼 수 있는 최대 약 30°의 임의의 각일 수 있다.
일반적으로, 더 높은 엔진 가스 온도는 감소된 사이클 효율과 증가된 배출 레벨을 초래하는 증가된 냉각 블리드 필요 조건들을 야기했다. 지금까지, 비교적 저비용으로 냉각 유동을 최소화하도록 냉각 시스템들의 디자인을 개선하는 것이 가능했었다. 앞으로 엔진 온도는 낮은 냉각 유동을 유지하도록 복잡한 냉각 특징을 갖는 것이 필요한 레벨로 증가할 것이다.
본 발명의 목적은 연소 터빈 인터페이스의 적어도 하나의 연소기를 냉각하도록 폐쇄 루프 냉각 구성 또는 유사-폐쇄 루프 냉각을 실현하는 것이다.
본 발명의 기본적인 생각은 연소기 프로세스 주위에서 우회되는 공기가 가스 터빈 배출 시점에서 볼 때 위험하다는 사실을 포함한다. 터빈 입구 온도는 엔진 실행을 위한 구동 온도이다. 연소 프로세스에 참여하지 않은 누출 및 냉각 공기는 동일한 터빈 입구 온도를 성취하도록 더 높은 프레임 온도만큼 보상되어야 한다.
일반적으로, 전이 부분과 터빈 입구 사이의 터빈 인터페이스에서의 냉각 콘셉트들은 고온 가스 경로 내로 직접 분출되는 냉각 공기를 사용한다. 따라서, 이러한 냉각 콘셉트의 배출물은 폐쇄 루프 냉각 콘셉트와 크게 비교된다. 연소기와 터빈 입구 사이의 터빈 인터페이스에서의 폐쇄 루프 냉각 콘셉트는 본 발명에 따른 발명의 단계를 포함한다.
기본적으로, 본 발명의 콘셉트는 인접 벽 냉각 채널들이 도 1에 나타낸 바와 같이, 또한 폐쇄판으로 불리는 픽처 프레임에 대해 인터페이스에서의 전이 부분의 벽 내에 적용된다는 특징을 포함한다. 냉각 채널들은 구멍이 뚫리거나 또는 침식될 수 있거나 또는 냉각 경로는 SLM(Selective Laser Melting)에 의해 생성될 수 있거나 또는 인터페이스에서 함께 납땜되는 다층 디자인에 의해 실현될 수 있다. 제안된 냉각 경로는 외부 연소기 공기 플레넘에 대해 인접 벽 냉각 채널들의 개구들 및 공간 내부 충돌 챔버에 대해 개구들을 생성하여 실현된다. 사형 방식으로 진행하는 개별 냉각 채널들은 폐쇄판에서 구멍이 뚫리는 슬롯을 통해 연결된다. 이 장치에 의해 냉각 채널들을 걸친 구동 압력 강하가 아래에 도시된 도면들에서 나타낸 바와 같이 연소 챔버 내로의 직접적인 누출 없이 냉각 매체(들)를 구동하도록 생성될 수 있다.
본 발명의 다른 이점은 냉각 프로세스가 자가 가열 챔버 특징을 갖는다는 사실로 구성된다. 터빈 연소기의 전이 부분과 폐쇄판 사이의 접합부가 없는 경우에, 냉각 매체는 연소 챔버 내로 분출될 것이다. 구성 요소의 수명은 냉각 시스템이 고장나지 않을 것이기 때문에 위태롭게 되거나 또는 스스로 위태롭게 되지 않을 것이다. 폐쇄 판 내의 슬롯이 시스템이 인접한 채널들 내로 동일한 냉각 매체를 재분포시키는 것을 허용할 것이기 때문에 개별 개구들의 부분적 막힘에서도 마찬가지이다.
폐쇄판의 측면 상에서 채널들은 리세스로서 선택적으로 형성된 환형 공간에 활동적으로 연결되어 서로 사이에 냉각을 재분포시키고, 리세스는 적어도 하나의 캐비티를 원주 방향에서 선택적으로 포함한다.
리세스의 내부의 검사가 행해지는 적어도 하나의 구멍을 또한 포함하는 상술된 캐비티가 가능하다. 구멍은 냉각 매체 내에 포함된 먼지 또는 먼지 입자용 먼지 배출 구멍을 동시에 형성하는 이러한 방식으로 치수 설정된다. "먼지 배출 구멍"에 의해 냉각 매체 내에 유입되는 입자들이 그 관성 때문에 구성 요소의 내부로부터 나오는 것에 의해 구성 요소의 벽 내에 구멍이 있다는 것이 이해된다. 먼지 배출 구멍은 냉각 매체를 운반하는 환형 공간의 편향부에서 또는 대응하는 편향부에서의 이 환형 공간으로부터 분기하는 먼지 캐비티의 단부에서 필연적으로 배열되어야 한다. 이러한 먼지 배출 구멍들은 이전의 냉각 채널 경로들의 막힘을 방지하도록 유동 기계들의 구성 요소들에서 또한 사용된다. 이 캐비티 및 이 먼지 배출 구멍 또는 구멍에 대한 방사상 직선으로의 직접적인 냉각력 때문에, 거의 먼지가 없는 공기가 문제없이 다른 사형 채널들에 진입할 수 있는 동안 냉각 공기와 함께 진입하는 입자들이 운반된다. 따라서 먼지 입자들은 냉각 공기 보어들이 먼지 입자들에 의해 완전히 막힐 수 없도록, 캐비티로부터 이 먼지 배출 구멍 또는 먼지 구멍을 통해 운반된다. 먼지 구멍은 먼지 배출 구멍들, 또는 적합한 치수 설정, 특히 확장에 의한 먼지 배출 구멍들의 기능을 이행할 수 있고, 검사 액세스 구멍들로서 역할을 할 수 있다. 먼지 배출 구멍들은 먼지가 유리하게 배출되고 또한 충분한 직경을 가진 구멍이 이 구멍을 통해 보어 스코프(bore-scope)에 진입할 수 있기 위해 형성되도록 여기서 크기 및 위치 면에서 설계된다. 기계의 설치 상태에도 이 장치들을 검사할 수 있도록, 이 검사 및 먼지 배출 구멍들은 검사 공구가 가스 터빈의 고온 가스 경로에 진입된다면 기계 축에 대해 대략 평행하게 배열된다. 검사 공구가 기계 내로 방사상으로 도입된다면, 검사 및 먼지 배출 구멍이 기계 축에 대해 방사상으로 진행하는 장치 팁에서의 위치가 더 바람직하다. 하나 또는 동일한 구멍에서의 먼지 배출 및 검사 기능의 본 발명에 따른 결합에 의해, 냉각 매체의 비바람직한 손실 및 따라서 효율성 손실을 야기할 수 있는 불필요한 구멍들이 회피된다.
충돌 냉각 프로세스로의 냉각 매체의 상술된 최종 유입은 터빈의 전체 냉각 콘셉트에 대해 유리하다: 냉각 채널들로부터의 넓은 열 사용 또는 유사 사용 냉각 공기는 횡단 운동량 때문에 충돌 냉각의 효과를 증가시키도록 또한 사용될 수 있다.
유리한 충돌 냉각은 첫째로 제트 방향에 대한 횡단 방향으로의 냉각 매체의 유동-오프(flow-off)가 제트 효과를 악화시키지 않는 벽 부분들에 대한 배플 냉각(baffle cooling)을 포함한다. 이것은 판 또는 커브 캐리어 상의 영역을 걸쳐 그 입구와 배열되고 냉각될 벽 부분을 향해 그 출구로 향하게 되는 복수의 배플 튜브들에 의해 성취되고, 캐리어는 벽 부분으로부터의 거리에 배열된다. 둘째로, 이 구역 내의 냉각 매체의 축 유입을 통해 배플 튜브들의 길이에 대응하는 거리에 위치된 캐리어 및 배플 튜브 출구 사이의 자유 사이 공간 내에서 가로막는 것이 없게 충돌이 이제 유동 오프하는 후에 배플 제트들이 편향되었다는 것이 성취된다.
여기서, 본 발명은 특히 냉각 매체의 가장 작은 가능한 양과 낮은 압력 강하를 가진 집약적인 냉각이 이제 성취된다는 이점들을 제공한다. 이것은 결국 확장된 필름 영역을 가진 고전 배플 필름 장치들을 구현하는 가능성을 제공한다. 따라서 필름 구멍 열들은 회류(flow-round) 구성 요소들의 경우에, 더 낮은 외압을 가진 위치들에서 배열될 수 있다.
게다가, 냉각 매체가 폐쇄 회로에서 순환한다면, 더 높은 냉각 압력이 유발될 수 있고, 그 결과로 열 전달 계수가 증가될 수 있다. 이것은 특히 스팀이 냉각 매체로서 사용될 때, 이것이 결합 설치에서 가능한 경우이다. 이것의 이점은 냉각 매체의 더 높은 압력이 압축기 대신에 공급 펌프 내의 에너지 조건에서 유익하게 생성된다는 것이다.
상술된 폐쇄 루프 냉각은 채널들 내의 냉각 공기 유동의 방향에 기초하여 유출물 냉각을 도입하여, 반 폐쇄 루프 냉각으로 필요하다면 전환될 수 있다.
장치는 버너 벽의 외부로부터 버너 벽 내의 유출물 구멍들을 통해 연소 챔버의 내부 내로 냉각 공기를 유동하는 것을 포함한다. 또한, 버너 벽의 외부에서 냉각 공기는 편향 요소들에 의해 그 유동 방향으로 편향될 수 있다.
따라서, 냉각 공기는 채널들의 옆에서 분포된 장치인 편향 요소들에 의해 그 유동 방향으로 버너 벽의 외부 상에서 지향되는 방식으로 편향된다. 그 결과, 유출물 냉각은 연소 챔버의 명시된 구역들 내의 그 효과를 강화하도록 사실상 "조정"될 수 있다. 편향 요소들의 사용은 주사된 유출물 냉각 공기의 방향의 크게 개선된 조정을 가능하게 한다. 그 결과, 연소 챔버 내부의 유동 조건들은 반응 연료들의 연소 안정성, 이익 작동 신뢰성을 고려할 때 최적화된다.
편향 요소들은 그 구역 내의 연소 챔버의 더 몹시 집중된 유출물 냉각을 허용한다. 편향 요소들은 채널들의 외면 상에 직접 부착될 수 있다. 편향 요소들은 반구 반 셸(shell)의 형태를 가질 수 있어 오케스트라 셸과 닮을 수 있다. 편향 요소들의 반 원형 개구의 높이 및 두께는 편향 요소에 의해 덮이는 유출물 구멍들의 직경 및 공간에 따라 변경될 수 있다. 편향 요소들의 수 및 위치 설정은 연소 챔버의 디자인에 의존한다. 편향 요소들의 방향(예를 들어, 그 개구들의 정렬)은 최대 냉각 공기 유동이 유출물 구멍들 내로 편향되도록 선택될 수 있다. 편향 요소들은 생성될 수 있고 개별적으로 체결될 수 있거나 또는 대응하여 스탬핑된 그리고/또는 양각판의 형태로 함께 생성될 수 있다. 편향 요소들은 채널들 상에서 용접되거나 또는 주조될 수 있다. 유출물 구멍들의 수 및 직경은 또한 편향 요소들의 위치들에 구성될 수 있다.
냉각 채널들은 전이 부분 상의 하나 이상의 원주 방향으로 나중에 배치되는 섹션 내의 연소기의 전이 부분의 벽 내에 적용된다. 원주 방향으로 배치된 채널 섹션은 또한 개재하여 깨질 수 있거나 또는 인접한 섹션으로 덮일 수 있다. 전이 부분의 라이너의 두께를 통해 연장하는 냉각 채널들은 임의의 적합한 단면 크기 또는 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 채널들은 원형, 타원형, 슬롯형, 직사각형, 삼각형 또는 다각형일 수 있다.
상술된 추가의 유출물 냉각으로 또는 추가의 유출물 냉각 없이 폐쇄 루프 냉각은 하나의 연소기를 사용하지만 다른 배치도 가능한 간단한 가스 터빈들의 연소 터빈 인터페이스로 제한되지 않는다. 즉:
가스 터빈은 본질적으로 적어도 하나의 압축기, 압축기 하류에 연결되는 제 1 연소기를 포함한다. 제 1 연소기의 고온 가스는 적어도 중간 터빈으로 또는 제 2 연소기로 직접 또는 간접적으로 진입한다. 제 2 연소기의 고온 가스는 추가의 터빈으로 또는 직접적으로 또는 간접적으로 에너지 재생부, 예를 들어, 스팀 생성기로 진입한다.
환형 제 1 및/또는 제 2 연소 챔버가 인접한 연소 영역들의 서로로부터 벽 이격되는 분리 유동 연소 영역 또는 독립된 캔을 유동 방향으로 각각의 버너에 대해 갖거나 또는 포함할 때 캔 아키텍처(can-architecture)가 제공된다.
적어도 하나의 연소기가 캔 아키텍처를 갖는 칼로리 연소 경로 하에서 진행하는 것이 또한 가능하고, 적어도 제 2 연소기의 연소의 공기 비(λ)는 최대 공기 비(λmax) 아래에서 유지된다. 따라서, 제 1 및/또는 제 2 연소기가 캔 아키텍처로 설계되는 반면, 남아있는 연소기 또는 연소기들 둘 다는 환형 연소 챔버로 설계될 수 있다.
게다가, 종래의 콘셉트에서, 모든 캔 연소기들은 동일한 점화 온도 및 따라서 (유사한 공기 분포 및 누출 상태를 가정하여) 동일한 CO 배출로 진행하도록 의도된다. 이것은 일반적으로 캔들, 제조 허용 오차들 등 사이의 유동의 부정확한 분포 때문에 유효하지 않다. CO를 감소시키기 위해서 다른 버너들과 비교할 때 더 많은 CO 배출을 나타낼 것으로 예상되기 때문에, 제 2 연소기 입구에서 더 낮은 온도를 나타내는 가장 효과적인 바람직한 캔 연소기들은 연소기들이 턴 오프될(turned off) 것이다. 더 진전된 설정은 가스 터빈 작동 콘셉트 및 연료 분포 시스템이 더 복잡해지면서, 더 낮은 CO 배출을 초래하는 것으로 예상된다.
제안된 폐쇄 루프 냉각 콘셉트는 뿐만 아니라, 캔 아키텍처의 연속 연소(고압 터빈을 갖거나 또는 갖지 않은) 하에서 진행하는 가스 터빈의 연소기의 전이 부분에 대해 작용하도록 이용될 수 있다.
연속 연소를 참조하여, 연소기들의 결합이 다음과 같이 배치될 수 있다:
적어도 하나의 연소기는 적어도 하나의 작동 터빈을 가진 캔 아키텍처로서 구성된다.
제 1 및 제 2 연소기들 둘 다는 적어도 하나의 작동 터빈을 가진 연속 캔-캔 아키텍처로서 구성된다.
제 1 연소기는 환형 연소 챔버로서 구성되고 제 2 연소기는 적어도 하나의 작동 터빈을 가진 캔 구성으로서 설치된다.
제 1 연소기는 캔 아키텍처로서 구성되고 제 2 연소기는 적어도 하나의 작동 터빈을 가진 환형 연소 챔버로서 구성된다.
제 1 및 제 2 연소기 둘 다는 적어도 하나의 작동 터빈을 가진 환형 연소 챔버들로서 구성된다.
제 1 및 제 2 연소기 둘 다는 중간 작동 터빈을 가진 환형 연소 챔버들로서 구성된다.
가스 터빈의 연소기용 예혼합(premix) 버너들이 제공된다면, 예혼합 버너들은 바람직하게는 연소 프로세스 및 문서 EP 0 321 809 A1 및/또는 EP 0 704 657 A2에 따른 목적들에 의해 형성되어야 하고, 이 문서들은 본 설명의 필수적인 부분들을 형성한다.
특히, 상기 예혼합 버너들은 모든 종류의 액체 및/또는 가스 연료에 의해 작동될 수 있다. 따라서, 각각의 캔들 내에 다른 연료를 제공하는 것이 손쉽게 가능하다. 이것은 또한 예혼합 버너가 또한 다른 연료에 의해 동시에 작동될 수 있다는 것을 의미한다.
제 2 연속 연소기는 바람직하게는 EP 0 620 362 A1 또는 DE 103 12 971 A1에 의해 실행되고, 이 문서들은 본 설명의 필수적인 부분들을 형성한다.
또한, 다음의 언급된 문서들은 본 설명의 필수적인 부분들을 또한 형성한다.
버너와 관련된 EP 0 321 809 A1은 가스 및 액체 연료용 공급 채널들 및 탄젠트 공기 입구 슬롯들을 가진 완성된 몸체로 구성된 중공형 부분 콘 몸체로 구성되고, 중공형 부분 콘 몸체의 중앙 축들은 유동 방향으로 증가하는 콘 각을 갖고 상호 오프셋에서 길이 방향으로 진행한다. 연료 주입부가 부분 콘 몸체의 상호 오프셋 중앙축들의 연결 라인의 중앙에 위치되는 연료 노즐은 부분 콘 몸체에 의해 형성된 원뿔 모양의 내부의 버너 헤드에 배치된다.
열 생성기에 대한 버너 장치와 관련된 EP 0 704 657 A2 및 B1은 또한 스월(swirl) 생성기의 하류에 제공된 혼합 경로의 연료의 주입을 위한 수단 및 연소 공기 유동에 대한 EP 0 321 809 A1 및 B1에 실질적으로 따른 스월 생성기로 실질적으로 구성되고, 상기 혼합 경로는 전이 덕트들의 하류에서 연결되는 혼합 경로의 유동의 단면 내로의 스월 생성기에서 형성된 유동의 이동에 대한 유동 방향으로 경로의 제 1 부분 내에서 연장하는 트랜잭션(transaction) 덕트들을 포함한다.
본 발명은 도면과 함께 예시적인 실시예들에 기초하여 더 상세히 나중에 설명될 것이다.
도 1은 연소기의 전이 부분의 사시도.
도 2는 측벽에 부착된 충돌판 및 연속 라이너의 측벽을 나타낸 단면 상세도로서 일반적인 충돌 냉각 장치를 도시한 도면.
도 3은 충돌 냉각 섹션으로의 냉각 공기의 배출과 관련된 채널을 따라 도시한 단면도.
도 4는 충돌 냉각 섹션으로의 냉각 공기의 배출과 관련된 채널 및 또한 폐쇄판의 측면 상의 캐비티를 가진 리세스에 따라 도시한 단면도.
도 5는 공기 냉각 채널들의 사형부와 관련된 연소기의 전이 부분의 일부의 개략도.
도 1은 가스 터빈의 연소기의 전이 부분(100)을 도시한다. 도시된 전이 부분은 충돌 냉각 구멍들(201)이 제공되는 충돌 냉각 구역 또는 섹션(200)을 포함한다. 연속 배치된 라이너(300)는 냉각 채널 구조(400)를 포함하고, 결국, 연속 라이너(300)의 단부는 폐쇄판(500)에 의해 형성된다.
도 2는 측벽에 부착된 충돌판(202) 및 충돌 냉각 구역(200)의 측벽을 도시한 단면 상세도로서 일반적인 충돌 냉각 장치를 도시한다.
충돌 냉각 구멍들(201)로서 종종 지칭되는, 많은 작은 구멍들은 측벽의 표면들을 향해 수직 방향으로 냉각 공기 또는 일반적으로 냉각 매체(206)를 향하게 하는 충돌판(202) 내에 있다. 도 2는 챔버(203) 내의 냉각 공기가 그 표면에서 필름 냉각 또는 유출물 냉각 효과를 내도록 엔진의 고온 가스 경로를 마주하는 측벽(204)의 표면에 대해 예각으로 배출되는 필름 냉각 구멍들(205)을 가진 외부 측벽(204)을 추가로 도시한다. 충돌 및 필름 냉각 기술들은 기술 분야에 잘 알려져 있고, 따라서 추가의 설명을 필요로 하지 않는다.
또한, 첫째로, 제트 방향에 대해 가로로 냉각 매체의 유동 오프가 제트 효과에 손상을 주지 않는, 벽 부분들에 대한 배플 냉각을 포함하는 충돌 냉각을 배치하는 것이 가능하다. 이것은 판 또는 커브 캐리어 상의 영역을 걸쳐 그 입구와 배열되고 냉각될 벽 부분을 향해 그 출구로 향하게 되는 복수의 배플 튜브들에 의해 성취되고, 캐리어는 벽 부분으로부터의 거리에 배열된다. 둘째로, 이 구역 내의 냉각 매체의 축 유입을 통해 배플 튜브들의 길이에 대응하는 거리에 위치된 캐리어 및 배플 튜브 출구 사이의 자유 사이 공간 내에서 가로막는 것이 없게 충돌이 이제 유동 오프하는 후에 배플 제트들이 편향되었다는 것이 성취된다.
도 3은 도 1에 나타낸 바와 같이, 폐쇄판(500)에 대한 인터페이스에서 전이 부분(100)의 벽 내에 적용되는 냉각 채널들(401)을 도시한다. 냉각 채널 구조(400)(도 5 참조)의 부분으로서, 냉각 채널들은 전이 부분(100)의 기존의 연속 배치된 라이너(300) 내로 구멍을 뚫거나 또는 침식할 수 있다. 제안된 냉각 경로는 충돌 챔버(203) 내부의 공간에 대해 외부 연소기 공기 플레넘(404) 및 개구들(403)에 대한 인접 벽 냉각 채널들(401)의 개구들(402)을 생성하여 실현된다. 사형 방식으로 진행하는 개별 냉각 채널들(401)은 폐쇄판(500) 내의 뚫린 슬롯을 통해 연결된다. 이 장치에 의해 냉각 채널들을 걸친 구동 압력 강하가 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 연소 챔버 내로의 직접적인 누출 없이 냉각 매체들(405, 406)을 구동하도록 생성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 폐쇄판(500)의 측면 상에서 냉각 채널들(401)은 환형 공간(407)에 활동적으로 연결되어 서로 사이에 냉각 매체(405)를 재분포시킨다.
도 4를 참조하면, 폐쇄판(500)의 측면 상에서 냉각 채널들(401)은 리세스(408)로서 형성된 환형 공간에 활동적으로 연결되어 서로 사이에 냉각 매체(405)를 재분포시키고, 리세스는 폐쇄판(500)의 원주 방향으로 적어도 하나의 캐비티(409)를 포함한다.
리세스의 내부의 검사가 행해지는 적어도 하나의 구멍(410)을 포함하는 도 4에 따른 언급된 캐비티(409)가 가능하다. 구멍(410)은 냉각 매체(405)에 포함된 먼지 또는 먼지 입자에 대한 먼지 배출 구멍을 동시에 형성하는 이러한 방식으로 치수 설정된다. "먼지 배출 구멍"에 의해 냉각 매체 내에 유입된 입자들이 그 관성 때문에 구성 요소의 내부로부터 나오는 것에 의해 구성 요소의 벽 내의 개구가 여기에 있다는 것이 이해된다. 그러므로 먼지 배출 구멍이 필연적으로 냉각 매체를 운반하는 환형 공간의 편향부 또는 대응하는 편향부에서 이 환형 공간으로부터 분기하는 먼지 캐비티의 단부에 배열되어야 한다. 이러한 먼지 배출 구멍들은 종래의 냉각 채널 경로들의 방해를 방지하도록 유동 기계들의 구성 요소들에서 이미 사용된다. 냉각 공기와 함께 들어가는 입자들이 이 캐비티 및 이 먼지 배출 구멍 또는 구멍으로 방사상 직선으로 직접 냉각력 때문에 운반되는 반면, 거의 먼지가 없는 공기는 문제없이 다른 사형 채널들에 진입할 수 있다. 따라서 먼지 입자들은 냉각 공기 보어들이 먼지 입자들에 의해 막히지 않을 수 있도록 먼지 배출 구멍 또는 먼지 구멍을 통해 캐비티로부터 운반된다. 먼지 구멍은 먼지 배출 구멍들, 또는 적합한 치수 설정, 특히 확장에 의한 먼지 배출 구멍들의 기능을 이행할 수 있고, 검사 액세스 구멍들로서 역할을 할 수 있다. 먼지 배출 구멍들은 먼지가 유리하게 배출되고 또한 충분한 직경을 가진 구멍이 이 구멍을 통해 보어 스코프에 진입할 수 있기 위해 형성되도록 여기서 크기 및 위치 면에서 설계된다. 기계의 설치 상태에도 이 장치들을 검사할 수 있도록, 이 검사 및 먼지 배출 구멍들은 검사 공구가 가스 터빈의 고온 가스 경로에 진입된다면 기계 축에 대해 대략 평행하게 배열된다. 검사 공구가 기계 내로 방사상으로 도입된다면, 검사 및 먼지 배출 구멍이 기계 축에 대해 방사상으로 진행하는 장치 팁에서의 위치가 더 바람직하다. 하나 또는 동일한 구멍에서의 먼지 배출 및 검사 기능의 본 발명에 따른 결합에 의해, 냉각 매체의 비바람직한 손실 및 따라서 효율성 손실을 야기할 수 있는 불필요한 구멍들이 회피된다.
여기서, 본 발명은 특히 냉각 매체의 가장 작은 가능한 양과 낮은 압력 강하를 가진 집약적인 냉각이 이제 성취된다는 이점들을 제공한다. 이것은 결국 확장된 필름 영역을 가진 고전 배플 필름 장치들을 구현하는 가능성을 제공한다. 따라서 필름 구멍 열들은 회류 구성 요소들의 경우에, 더 낮은 외압을 가진 위치들에서 배열될 수 있다.
게다가, 냉각 매체가 폐쇄 회로에서 순환한다면, 더 높은 냉각 압력이 유발될 수 있고, 그 결과로 열 전달 계수가 증가될 수 있다. 이것은 특히 스팀이 냉각 매체로서 사용될 때, 이것이 결합 설치에서 가능한 경우이다. 이것의 이점은 냉각 매체의 더 높은 압력이 압축기 대신에 공급 펌프 내의 에너지 조건에서 유익하게 생성된다는 것이다.
상술된 폐쇄 루프 냉각은 도 2에 도시된 바와 같이 냉각 채널들 내의 냉각 공기 유동의 방향에 기초하여 유출물 냉각을 도입하여, 반 폐쇄 루프 냉각으로 필요하다면 전환될 수 있다.
도 5는 냉각 채널들(401)의 구조를 도시한다. 냉각 매체(405, 406)는 폐쇄 루프에서 순환한다. 전이 부분의 연속 배치된 라이너(300)의 두께를 통해 연장하는 냉각 채널들은 임의의 적합한 단면 크기 또는 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 냉각 채널들은 원형, 타원형, 슬롯형, 직사각형, 삼각형 또는 다각형일 수 있다. 냉각 채널들은 전이 부분 상의 하나 이상의 원주 방향으로 나중에 배치되는 섹션 내의 연소기의 전이 부분의 벽 내에 적용된다. 원주 방향으로 배치된 채널 섹션은 또한 개재하여 깨질 수 있거나 또는 인접한 섹션으로 덮일 수 있다.
100: 전이 부분
200: 충돌 냉각 구역
300: 연속 배치된 라이너
400: 냉각 채널 구조
500: 측면 프레임, 폐쇄판
201: 냉각 구멍들
202: 충돌판
203: 챔버
204: 측벽
205: 냉각 구멍들
206: 냉각 매체, 냉각 공기
401: 냉각 채널들
402: 개구들
403: 개구들
404: 공기 플레넘
405: 냉각 매체
406: 냉각 매체
407: 환형 공간
408: 리세스
409: 캐비티
410: 먼지 배출 구멍

Claims (15)

  1. 가스 터빈의 연소기의 전이 부분에 있어서,
    충돌 냉각 구역과,
    적어도 하나의 냉각 장치를 가진 연속 배치된 라이너와,
    상기 연속 배치된 라이너에 대한 폐쇄판을 포함하고,
    상기 연속 배치된 라이너는 냉각 채널 구조를 갖고, 상기 냉각 채널 구조는 폐쇄 루프 냉각 구성 또는 유사-폐쇄 루프 냉각 구성을 형성하고, 상기 냉각 채널 구조는 상기 연속 배치된 라이너의 적어도 하나의 부분을 냉각하도록 냉각 매체에 작용적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 연소기의 전이 부분.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 채널 구조는 상기 폐쇄판의 적어도 하나의 부분을 추가로 냉각하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 연소기의 전이 부분.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 매체는 상기 냉각 채널 구조를 따라 상기 냉각 작동의 완료 후에 상기 충돌 냉각 장치에 활동적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 연소기의 전이 부분.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 채널 구조는 상기 연속 배열된 라이너의 원주 방향으로 적어도 하나의 범위에 따라 연장하는 사형 구성의 구성에 대응하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 연소기의 전이 부분.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 채널 구조에 속하는 상기 냉각 채널들은 상기 폐쇄판의 측면 상의 환형 공간에 활동적으로 연결되어 서로 사이에 상기 냉각 매체를 재분포시키는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 연소기의 전이 부분.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 채널 구조에 속하는 상기 냉각 채널들은 상기 폐쇄판의 측면 상의 환형 공간에 활동적으로 연결되어 서로 사이에 상기 냉각 매체를 재분포시키고, 상기 환형 공간은 상기 연속 배열된 라이너의 원주 방향으로 리세스를 갖는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 연소기의 전이 부분.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 환형 공간 또는 상기 리세스는 포함된 먼지 입자들을 수집하기 위한 적어도 하나의 캐비티를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 연소기의 전이 부분.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 캐비티는 상기 수집된 먼지 입자들을 상기 캐비티로부터 외부로 배출하기 위한 구멍에 작용적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 연소기의 전이 부분.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 채널 구조 내의 상기 폐쇄 루프 냉각 구성은 대류 냉각에 기초하여 작동하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 연소기의 전이 부분.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 채널 구조 내의 상기 유사-폐쇄 루프 냉각 구성은 대류 및 유출물 냉각에 기초하여 작동하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 연소기의 전이 부분.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 충돌 냉각 구역 내의 상기 유사-폐쇄 루프 냉각 구성은 충돌, 유출물 및/또는 대류 냉각에 기초하여 작동하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 연소기의 전이 부분.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에서 청구되는 바와 같이 연소기의 중간 구역 내에 배치된 상기 전이 부분을 구현하기 위한 가스 터빈에 있어서,
    상기 가스 터빈은 압축기, 상기 압축기의 하류에 연소기를 포함하고, 상기 연소기의 고온 가스는 터빈에 진입하고, 상기 연소기는 환형부 또는 캔-연소기 아키텍처에 기초하여 작동하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
  13. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에서 청구되는 바와 같이 연소기의 중간 구역 내에 배치된 상기 전이 부분을 구현하기 위한 가스 터빈에 있어서,
    상기 가스 터빈은 압축기, 상기 압축기의 하류에 제 1 연소기를 포함하고, 상기 제 1 연소기의 고온 가스는 제 1 터빈 또는 제 2 연소기에 진입하고, 상기 제 2 연소기의 고온 가스는 제 2 터빈 또는 그 다음의 스팀 사이클에 진입하고, 적어도 하나의 연소기는 환형부 또는 캔-연소기 아키텍처에 기초하여 작동하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 연소기는 복수의 예혼합 버너들 또는 반-예혼합 버너들을 포함하는 환형 연소 챔버, 상기 제 1 연소기로부터 작용 가스를 수용하도록 연결된 제 1 터빈, 상기 제 1 터빈으로부터 배기된 작용 가스를 수용하고 상기 제 2 터빈에 작용 가스를 전달하도록 연결된 제 2 연소기를 갖고, 상기 제 2 연소기는 상기 제 1 터빈의 출구로부터 상기 제 2 터빈의 입구로 유동 방향으로 연장하는 연소 공간을 형성하는 환형 덕트, 및 자가 점화 연소를 위해 상기 제 2 연소기 내로 연료를 유입하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 및/또는 제 2 연소기는 단일 캔-연소기 또는 분리된 캔-연소기들에 기초하여 작동하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
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