KR20160060594A - 가스 터빈 연소기용 로브 랜스 - Google Patents

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KR20160060594A
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rrll
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양-벨린다 양
미카엘 듀싱
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제네럴 일렉트릭 테크놀러지 게엠베하
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Abstract

복수의 N(N≥4) 로브 핑거들(22a-d)을 포함하는 가스 터빈 연소기용 로브 랜스(21)로서, 상기 로브 핑거들(22a-d)의 각각은 유선형 단면 프로파일을 갖는 유선형 몸체로서 구성되고, 상기 몸체는 본질적으로 고온 가스 유동의 방향(32)에 평행하는 2개의 횡방향 표면들을 구비하고, 상기 횡방향 표면들은 선단 에지(23)에 의해서 상류측에서 결합되고 후미 에지(24)를 형성하는 하류측에서 결합되며, 공기와 혼합된 가스 및/또는 액체 연료를 분사하기 위한 복수의 노즐들(27)은 상기 후미 에지(24)를 따라 분배되고 상기 노즐들(27) 사이에서 이동하는 로브들(28)이 혼합 품질을 개선하고 상기 연소기에서 압력 손실을 감소시키기 위하여 상기 후미 에지(24)에 제공된다.
혼합은 상기 유동 방향(32)에 대한 2개의 반대 방위들 중 하나를 갖는 각각의 로브 핑거(22a-d)의 로브들(28)에 의해서 개선되고, 모든 로브 핑거들(22a-d)의 로브들(28)은 상기 로브 핑거들(22a-d)을 가로질러 미리 결정된 방위 패턴을 추종하고, 이웃 로브 핑거들(22a-d)의 적어도 하나의 쌍은 상기 로브 핑거들(22a-d)의 하류에 있는 로브 형상에 의해서 발생된 와류들이 조합되도록, 그룹형 로브 배열체(...LL...또는...RR...)로 귀결되는 동일 로브 방위를 가진다.

Description

가스 터빈 연소기용 로브 랜스{LOBE LANCE FOR A GAS TURBINE COMBUSTOR}
본 발명은 가스 터빈의 기술에 관한 것이다. 본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 가스 터빈 연소기용 로브 랜스(lobe lance)에 관한 것이다.
고효율을 달성하기 위하여, 표준 가스 터빈에서 높은 터빈 유입 온도가 필요하다. 결과적으로, 높은 NOx 방출 수준 및 높은 수명 주기 비용이 발생된다. 이 문제들은 순차적 연소 주기에 의해서 완화될 수 있고, 압축기는 종래 것의 거의 두배의 압축비를 전달한다. 주요 유동은 제 1 연소 챔버(예를 들어, 또한 EV가 환경을 상징하는 소위 EV 연소기로 칭하는 US 4,932,861호에 개시된 일반적 유형의 버너를 사용함)를 통과하고, 여기서 연료의 일부는 연소된다. 고압 터빈 스테이지에서 팽창한 후에, 잔여 연료가 부가되고 연소된다(예를 들어, 또한 S가 순차를 상징하는 SEV 연소기로 칭하는 US 5,431,018호 또는 US 5,626,017호 또는 US 2002/0187448호에 개시된 유형의 버너를 사용함). 양자의 연소기들은 낮은 NOx 방출물이 연료 및 산화제의 높은 혼합 품질을 필요로 하기 때문에 예혼합 버너를 수용한다.
GT26으로 공지된 순차적 연소를 갖는 출원인의 예시적 가스 터빈은 도 1에 도시된다.
도 1의 가스 터빈(10)은 기계 축(20) 둘레를 회전하고 케이싱(12)에 의해서 둘러싸인 복수의 블레이드들을 갖는 회전자(11)를 포함한다. 공기가 공기 입구(13)로 취해지고 압축기(14)에 의해서 압축된다. 압축 공기는 제 1(환형) 연소기(15)에서 제 1 연료를 연소하기 위해 사용되고, 그에 의해서 고온 가스를 발생시킨다. 제 1 고압(HP) 터빈(16)을 구동하는 고온 가스는 그 다음 제 2 (환형, 순차) 연소기(17)에서 재열되고, 제 2 저압(LP) 터빈(18)을 구동하며 배기가스 출구(19)를 통하여 가스 터빈(10)을 빠져나온다.
제 2 연소기(17)는 제 1 연소기(15)의 팽창된 배기 가스에 의해서 공급되기 때문에, 작동 조건은 혼합물에 공급되는 추가 에너지 없이 연료 공기 혼합물의 자체 점화(자발적 점화)를 허용한다. 혼합 영역에서 연료 공기 혼합물의 점화를 방지하기 위하여, 잔류 시간은 자동 점화 지연 시간을 초과하지 않아야 한다. 이러한 기준은 버너 내에서 화염 없는 구역을 보장한다. 이러한 기준은 버너 출구 영역을 가로지르는 적당한 연료의 분배를 달성할 때 도전을 부여한다. SEV 버너들은 현재 단지 천연 가스 및 오일에서의 작동을 위하여 설계된다. 따라서, 연료의 추진 유속은 연료의 와류 안으로 침투하기 위하여 주요 유동의 추진 유속에 대해서 조정된다. 혼합 구역의 출구에서 연료 및 산화제의 차후 혼합으로 인하여 낮은 NOx 방출물(혼합 품질)을 허용하고 혼합 구역에서 연료 공기 혼합물의 자동 점화에 의해서 유발될 수 있는 플래쉬백(잔류 시간)을 회피하기에 충분하다. 현재 SEV 연료 분사 장치(SEV 연료 랜스)에서 사용된 횡류 분사 개념은 고압 운반 공기 공급을 필요로 하고, 이는 발전소의 전체 효율을 감소시킨다.
2차 버너에서 연료/공기 혼합을 강화하기 위한 여러 수단이 종래 기술에서 제안되었다.
문헌 EP 2 522 912 A1호는 조합형 유동 교정기 및 혼합기 뿐 아니라 혼합 장치를 포함하는 가스 터빈의 연소 챔버를 위한 버너에 관한 것이다. 유동 교정 및 혼합의 조합 기능을 위하여, 적어도 2개의 직선형 몸체들이 혼합기의 측벽들을 포함하는 구조에 배열된다. 각각의 유선형 몸체의 선단 에지 영역은 상기 선단 에지 영역에 작용하는 주요 유동 방향과 평행하게 배향된 프로파일을 가지며, 유선형 몸체들의 중심면에 대해서, 후미 에지들은 반대 가로 방향으로 적어도 2개의 로브들을 가진다. 2개의 인접한 유선형 몸체들로부터 로브를 형성하는 주기적 편향은 단계에서 벗어나 있다. 본 공개물은 또한 가스 터빈의 연소 챔버를 위한 버너에 관한 것으로서, 이러한 유동 교정기 및 혼합기 뿐 아니라 유선형 몸체의 후미 에지에 또는 안에 출구 오리피스를 구비한 적어도 하나의 노즐을 포함한다. 추가로, 이는 이러한 버너의 작동에 관한 것이다.
문헌 EP 2 725 301 A1호는 혼합 및 분사 장치를 갖는 가스 터빈의 연소 챔버를 위한 버너에 관한 것으로서, 혼합 및 분사 장치는 가스 유동 채널 및 적어도 2개의 유선형 몸체를 한정하는 제한 벽을 포함하고, 상기 적어도 2개의 유선형 몸체들은 각각 제 1 가로 방향으로 가스 유동 채널 안으로 연장된다. 각각의 유선형 몸체는 본질적으로 주요 유동 방향과 평행하게 배열되는 2개의 횡방향 표면들을 가지며, 상기 횡방향 표면은 몸체의 선단 에지를 형성하기 위하여 상류측에서 서로 결합되고 몸체의 후미 에지를 형성하기 위하여 하류측에서 결합된다. 각각의 유선형 몸체는 유선형 프로파일로서 성형되는 제 1 가로 방향과 직각인 단면을 가진다. 상기 유선형 몸체들 중 적어도 하나는 본질적으로 상기 주요 유동 방향과 평행한 적어도 하나의 연료를 유동 채널 안으로 도입하기 위하여 후미 에지에 위치한 적어도 하나의 연료 노즐과 혼합 구조를 구비하고, 상기 유선형 몸체들 중 적어도 2개는 이들이 캔 연소기에 대해서 사용될 수 있도록 제 1 가로 방향을 따라서 상이한 길이를 가진다.
문헌 EP 2 725 303 A2호는 중심 몸체, 단면 영역을 갖는 환형 덕트, 상기 중심 몸체를 따라 위치되고 환형 덕트의 단면에 능동으로 연결되는 중간 연료 분사면을 포함하는 재열 버너 배열체를 개시하고 있으며, 상기 중심 몸체는 연소 챔버의 상류에 위치하고, 상기 재열 버너 배열체의 구조는 여러 파라미터에 의해서 규정되고 재열 버너 배열체의 구조는 여러 종속항들에 의해서 규정된다.
도 1의 예시적인 가스 터빈(10)의 제 2 연소기(17)는 환형 디자인이지만, 다른 2차 연소기들은 직사각형 디자인이다.
문헌 WO 2011/054766 A2호는 (특히 도 6에서) 버너 안으로의 적어도 하나의 가스 및/또는 액체의 도입을 위한 분사 장치를 갖는, 직사각형 디자인의 버너를 개시하고 있으며, 상기 분사 장치는 적어도 하나의 연료를 버너 안으로 도입하기 위한 적어도 하나의 노즐을 갖는 버너에 배열되는 적어도 하나의 몸체를 가지며, 상기 적어도 하나의 몸체는 유선형 몸체로서 구성되고, 상기 유선형 몸체는 유선형 단면 프로파일을 가지며 버너에 작용하는 주요 유동 방향에 대해 경사지거나 또는 직각으로 길이방향으로 연장되고, 상기 적어도 하나의 노즐은 상기 유선형 몸체의 후미 에지에 또는 안에 출구 오리피스를 가지며, 상기 유선형 몸체의 중심면에 대해서, 상기 후미 에지는 반대 가로방향으로 적어도 2개의 로브들을 구비한다.
본 발명의 목적은 버너(양호하게는 직사각형 버너)에 개별 핑거들의 로브들의 최적화된 방위를 갖는 적어도 4개의 평행 핑거들을 갖는 로브 랜스를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1에 따른 로브 랜스에 의해서 달성된다.
가스 터빈 연소기를 위한 본 발명에 따른 로브 랜스는 복수의 N(N≥4) 로브 핑거들을 포함하고, 상기 로브 핑거들의 각각은 유선형 단면 프로파일을 갖는 유선형 몸체로서 구성되고, 상기 몸체는 본질적으로 고온 가스 유동의 방향에 평행하는 2개의 횡방향 표면들을 구비하고, 상기 횡방향 표면들은 선단 에지에 의해서 상류측에서 결합되고 후미 에지를 형성하는 하류측에서 결합되며, 공기와 혼합된 가스 및/또는 액체 연료를 분사하기 위한 복수의 노즐들은 상기 후미 에지를 따라 분배되고 상기 노즐들 사이에서 뻗어 있는 로브들이 혼합 품질을 개선하고 상기 연소기에서 압력 손실을 감소시키기 위하여 상기 후미 에지에 제공된다.
상기 로브 랜스는 각각의 로브 핑거의 로브들이 상기 유동 방향에 대한 2개의 반대 방위들 중 하나를 가질 수 있고, 모든 로브 핑거들의 로브들은 상기 로브 핑거들을 가로질러 미리 결정된 방위 패턴을 추종하고, 이웃 로브 핑거들(22a-d)의 적어도 하나의 쌍은 상기 로브 핑거들의 하류에 있는 로브 형상에 의해서 발생된 적어도 2개의 와류들이 조합되도록, 그룹형 로브 배열체(...LL...또는...RR...)로 귀결되는 동일 로브 방위를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, N = NR + NL이고, NR은 제 1 로브 방위를 갖는 로브 핑거들의 수이고, NL은 상기 로브 방위의 반대인 제 2 로브 방위를 갖는 로브 핑거들의 수이다. 양호하게는, NR 및 NL은 모두 적어도 1이다. 양호하게는, NR 및 NL은 대략 동일하거나 또는 동일하다.
구체적으로, 이웃하는 로브 핑거들의 적어도 하나의 쌍은 그룹형 로브 배열체로 귀결되는 동일 로브 방위를 가지며, 이는 상기 로브 핑거들의 하류에 있는 로브 형상에 의해서 발생된 와류들 중 일부가 단일 와류로 조합될 수 있게 하고, 그에 의해서 혼합이 강화된다. 조합된 단일 와류는 로브 핑거들을 떠나는 각각의 와류보다 주요 유동 방향에 직각인 평면에서 큰 단면을 가짐으로써 버너를 가로지르는 혼합을 강화한다.
구체적으로, 상기 미리 결정된 방위 패턴은 하기 패턴들 즉,
1. RR...RRLL...LL,
2. LL...LLRR...RR,
3. RR...RRLL...LLRR(...RRLL...LL),
4. LL...LLRR...RR(LL...LLRR...RR),
5. RRLL...LLRR(...RRLL),
6. LLRR...RRLL(...RRLL) 중 하나이고,
N에 대해서 N/2 = NR = NL은 짝수가 되고, 또는 N에 대해서 N/2 = NR + 0.5 = NL - 0.5 또는 N/2 = NR - 0.5 = NL + 0.5는 홀수가 된다.
더욱 구체적으로, N = 8이고, 상기 미리 결정된 방위 패턴은 하기 패턴들 즉,
1. RRRRLLLL,
2. LLLLRRRR,
3. RRLLRRLL,
4. LLRRLLRR,
5. RRLLLLRR,
6. LLRRRRLL 중 하나이다.
본 발명의 다른 실시예에 따라서, N = 4이다.
구체적으로, 상기 미리 결정된 방위 패턴은 RRLL 또는 LLRR이다.
구체적으로, 상기 미리 결정된 방위 패턴은 RLLR 또는 LRRL이다.
구체적으로, 상기 미리 결정된 방위 패턴은 하기 패턴들 즉,
● RRRL, RLLL,
● LLLR, LRRR,
● RRRR, LLLL 중 하나이다.
본 발명의 다른 실시예에 따라서, 상기 로브 핑거들은 좌측벽 및 우측벽 사이에 배열되고, 상기 측벽들에 인접한 상기 2개의 로브 핑거들은 하기 방식들 즉,
● (좌벽)R...L(우벽),
● (좌벽)L...R(우벽) 중 하나에 따른 미리 결정된 로브 방위를 갖는다.
구체적으로, 상기 로브 핑거들의 각각은 짝수의 노즐들을 가지며, 상기 측벽들에 인접한 상기 2개의 로브 핑거들은 방식 (좌벽)R...L(우벽)에 따른 미리 결정된 로브 방위를 갖는다.
구체적으로, 각각의 로브 핑거는 상기 선단 에지에서 상기 후미 에지까지 상기 로브 핑거를 2등분하는 로브 핑거 코드를 가지며 상기 로브 핑거들 중 2개의 로브 핑거 코드들은 상기 선단 에지보다 상기 후미 에지에서 서로 더욱 가깝다.
다른 실시예는 상술한 로브 랜스를 포함하는 가스 터빈을 포함한다.
예를 들어, GT26와 같은 순차적 연소를 갖는 가스 터빈의 제 2 버너는 상술한 로브 랜스를 포함할 수 있다. 로브 랜스는 또한 제 1 및 제 2 연소기들 사이의 고압 터빈 없이 순차적 연소를 갖는 가스 터빈의 제 2 버너에 제공될 수 있다. 이러한 가스 터빈 아키텍처는 예를 들어, WO2012136787 A1호에 제시된다.
본 발명은 이제 첨부된 도면을 참조하여 상이한 실시예에 의해서 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 유형 GT26의 순차적 연소를 갖는 예시적 가스 터빈의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직사각형 디자인의 2차 연소기를 위한 로브 랜스를 도시한다.
도 3은 도 2에 따른 로브 랜스의 로브 방위의 4개의 상이한 가능성을 고온 가스 유동 방향에 대해서 도시한다.
본 발명에 따른 그룹형 또는 교대 이웃하는 로브 핑거들은 국부적인 조합형 와류들을 갖거나(그룹형) 또는 갖지 않게 하고(교대형); 따라서, 연료, 냉각 공기 및 고온 가스의 대규모 혼합 수준을 규정한다. 배열체는 버너 크기 및 로브 핑거들의 가능한 수에 기초하여 규정된다. 현재의 직사각형 순차적 버너에서, 4개의 핑거 배열체가 적당하다. 그러나, 배열체는 4개의 핑거 배열체에 국한되지 않는다.
재열 버너 내에서, 3개의 로브 핑거들의 배열체는 4개 이상의 핑거들을 갖는 배열체와 상이한 특성을 나타낸다. 이러한 배열체에 대해서, 그룹형 로브들은 와류들이 서로 조합될 수 있게 하고(2개 이상의 와류들이 단일 와류로 조합될 수 있다) 그에 의해서 대규모의 구조들을 생성할 수 있게 하며, 이는 혼합을 강화하고 따라서 NOx, CO 및 전체 온도 분배 팩터(OTDF)에 유익하다.
본 발명의 예에 따른 로브 랜스는 도 2에 도시된다. 양호하게는 직사각형 버너와 함께 사용되는 도 2의 로브 랜스(21)는 상부 플레이트(25)와 하부 플레이트(26) 사이에 평행하게 연장되는 4개의 개별 핑거들(22a-d)을 포함한다. 각각의 핑거(22)는 유선형 단면 프로파일(날개부와 같은)을 갖는 유선형 몸체로서 구성된다. 몸체는 상부 플레이트(25)와 하부 플레이트(26) 사이의 랜스를 통과하는 유동 방향(32)을 갖는 축방향 고온 가스에 본질적으로 평행한 2개의 횡방향 표면들을 가진다. 횡방향 표면들은 선단 에지(23)에 의해서 상류측에서 결합되고 후미 에지(24)를 형성하는 하류측에 결합된다.
공기와 혼합된 가스 및/또는 액체를 분사하기 위한 복수의 노즐들(27)은 후미 에지(24)를 따라 분배된다. 상기 핑거들(22)은 각각 공기 공급부를 위한 공기 플리넘(30), 가스 연료 공급부를 위한 가스 플리넘(31) 및 액체 연료 공급부(29)를 가진다. 2차 연소기에서 혼합 품질을 개선하고 압력 손실을 감소시키기 위한 수단이 후미 에지(24)에 있는 노즐들(27) 사이의 로브들(28)의 형태로 상기 몸체의 후미 에지 영역에 제공된다.
다양한 핑거들(22)의 로브들(28)은 연료/공기 혼합물의 하류 유동에서 와류들을 발생시키고, 그에 의해서 상이한 핑거들(22)의 와류 유동은 서로 작용한다. 혼합 효과를 강화할 수 있는 상호작용은 각각의 핑거에서 로브들(28)의 방위에 좌우된다.
도 2에 도시된 로브 랜스(21)에서 보여지는 바와 같이, 상이한 핑거들(22a-d)의 로브들(28)은 2개의 상이한 방위들을 가질 수 있다. 이러한 경우에, 좌측 2개의 핑거들(22a,22b)의 로브들(28)은 우측 2개의 핑거들(22c,22d)의 로브들(28)의 방위와 반대인 동일 방위를 가진다. 핑거들(22a,22b)의 로브 방위는 R(우측)으로 기재되고, 핑거들(22c,22d)의 방위는 L(좌측)으로 기재된다.
N ≥ 4의 로브 핑거들의 수(N = 4인 경우는 도 2에 도시됨)가 있다고 가정하시오. NR은 로브 방위 R(NR < N)를 갖는 로브 핑거들의 수이다. 즉, 핑거들은 하류 방향으로 볼 때 우측 방향으로 지향된 후미 에지 로브를 가진다. NL은 로브 방위 L(NL = N - NR)를 갖는 로브 핑거들의 수이다. 즉, 핑거들은 하류 방향으로 볼 때 좌측 방향으로 지향된 후미 에지 로브를 가진다.
따라서, 2개의 반대 유형의 방향들 또는 방위들(R 및 L)이 있다. 2개의 이웃 핑거들이 동일 후미 에지 방향 또는 방위를 갖는 경우는 "그룹형 로브 배열체"(...LL...또는...RR...)로 기재되고, 2개의 이웃 핑거들의 로브들이 반대 후미 에지 방향 또는 방위를 갖는 경우는 "교번 로브 배열체"(...LR...또는...RL)로 기재된다.
이웃 로브들이 동일한 반대 방향을 갖는 상기 그룹형 및 교번 로브 배열체들은 본 발명의 대상이다.
이는 모든 로브들이 동일한 종류의 방위(NL = N 또는 NR = N)를 갖는 것 또는 이들의 임의의 혼합(NL + NR = N이고, 여기서 NL > 0이고 NR > 0)인 것을 포함한다.
N ≥ 4 로브 핑거들(22)을 갖는 로브 랜스에 대한 상황은 다음과 같다:
그룹형 로브 배열체에서, 로브 형상에 의해서 발생된 유선방향 와류들은 동일 방향이고, 이들은 2개의 로브 핑거들 사이의 거리와 로브의 형상이 적절하게 설계되거나 또는 조정되는 경우에, 큰 와류들로 조합되는 것으로 관찰된다.
교번하는 로브 배열체에서, 후미 에지에 있는 유선방향 와류들은 상이한 방향들이다: 따라서, 이들은 조합되지 않는다.
따라서, 조합된 유선방향 와류들은 가로방향으로의 대규모 혼합을 가능하게 하고, 교번 배열체에서 비조합된 와류들은 단지 소규모의 혼합만이 가능하다.
더우기, 유동 비대칭을 회피하기 위하여, NR ≒ NL (양호하게는 NR = NL )을 갖는 것이 바람직하다.
일반적으로, 양호한 조합은 다음과 같다:
1. RR...RRLL...LL,
2. LL...LLRR...RR,
3. RR...RRLL...LLRR(...RRLL...LL),
4. LL...LLRR...RR(LL...LLRR...RR),
5. RRLL...LLRR(...RRLL),
6. LLRR...RRLL(...RRLL)이고,
N에 대해서 N/2 = NR = NL은 짝수가 되고, 또는 N에 대해서 N/2 = NR + 0.5 = NL - 0.5 또는 N/2 = NR - 0.5 = NL + 0.5는 홀수가 된다.
도시된 바와 같이, N = 8에 대해서 상술한 배열체들에 대하여, 하기 배열들이 사용될 수 있다:
1. RRRRLLLL,
2. LLLLRRRR,
3. RRLLRRLL,
4. LLRRLLRR,
5. RRLLLLRR,
6. LLRRRRLL .
특히 측벽들을 갖는 버너들에는 동일 유형의 모든 로브들의 배열 또는 완전히 비대칭인 배열이 덜 양호하다:
● RR...RR,(모두 동일 유형)
● LL...LL, (모두 동일 유형)
● RLRRLLLRL (비대칭 경우들에 대한 예)
N = 4 로브 핑거들(22)을 갖는 로브 랜스의 특정 경우에 대한 상황은 다음과 같다:
N = 4의 경우에 대하여, 로브 방위의 양호한 변화들은 다음과 같다:
● RRLL(도 2 및 도 3(a) 참조)
● LLRR(도 3(b) 참조)
이러한 변형예들은 와류들이 큰 구조로 조합되고, 유동의 대칭이 주어지는 것을 보장한다. 이렇게 주어지면, RRLL 변형예는 현재 가스 터빈에서 이행을 위해 양호하다.
제한되지만, 그럼에도 불구하고 유용한 와류들의 조합이 다음 변형에서 주어지고, 유동 배칭은 아직 유효하게 유지된다. 이러한 조합들은 다음과 같다:
● RLLR,
● LRRL.
동일 유형의 3개 로브 핑거들(또는 4개의 핑거들)이 나란하고, 하나의(또는 없는) 교번 로브 핑거를 갖는, 변형예들은 덜 양호하다:
● RRRL, RLLL,
● LLLR, LRRR,
● RRRR, LLLL.
이들 변형예들은 비대칭을 유동에 도입하고 따라서 덜 양호하다.
다음은 와류 조합없는 혼합 구역을 제공한다.
● RLRL (도 3(d) 참조)
● LRLR (도 3(c) 참조).
대칭이 주어지지 않고 와류들은 유동의 절반에 대해서 적절하게 조합될 수 없기 때문에, 2개의 중간 로브 핑거들 중에서 단지 하나만이 다른 3개의 핑거들과 상이한 변형예들은 덜 양호하다:
● RRLR,
● RLRR,
● LLRL,
● LRLL.
로브 핑거들(22a-d)이 측벽들 사이에 배열될 때, 예와 같이 와측벽 및 우측벽을 대면하는 로브 후미 에지의 제 1 열을 사용하는, 2 유형의 측부 핑거 방위들이 있다:
● (좌벽)R...L(우벽),
● (좌벽)L...R(우벽)
혼합 성능의 관점에서 로브 핑거에 대한 짝수의 분사기에 대해서는, 제 1 버전 R...L이 선호된다.
양호하게는, 2개 이상의 로브 핑거들이 후미 에지들이 선단 에지보다 함께 더욱 인접하도록 배열된다(예를 들어, 도 2). 양호하게는, 동일 방위(LL,RR)를 갖는 2개 이상의 로브 핑거들이 후미 에지가 선단 에지보다 더욱 함께 인접하도록 배열된다. 각각의 로브 핑거는 선단 에지에서 후미 에지로 연장되는 코드를 가진다. 이러한 코드는 일반적으로 고온 가스 유동에 평행하고, 일반적으로 로브 핑거의 단면을 2등분한다. 로브 랜스는 특히 4개의 로브 핑거들이 제공될 때, 상기 구성에서 모든 로브 핑거들을 가질 수 있다. 후미 에지가 선단 에지보다 함께 더욱 인접할 때, 와류들은 와류들이 조합되기에 더욱 용이하게 하기 위한 취지로, 이미 로브 핑거 후미 에지에서 서로를 향하여 이동한다.
도 2에 도시된 예는 순차 연소 터빈에서 2차 연소기에 있다. 임의의 경우에, 이러한 단일 연소기 터빈들과 같이, 본 발명은 제 1 스테이지 연소기에서 합체될 수 있다. 3개 이상의 연소기들이 제공되는 경우에, 본 발명은 제 3 또는 차후 스테이지에서 통합될 수 있다.
10: 가스 터빈(GT, 예를 들어, GT26)
11: 회전자
12: 케이싱
13: 공기 입구
14: 압축기
15: 연소기(환형, 예를 들어, EV)
16: 고압(HT) 터빈
17: 연소기(환형, 예를 들어, 2차, 예를 들어, SEV)
18: 저압(LP) 터빈
19: 배기 가스 출구
20: 기계축
21: 로브 랜스
22: 핑거
22a-d: 핑거
23: 선단 에지
24: 후미 에지
25: 상부 플레이트
26: 하부 플레이트
27: 노즐
28: 로브
29: 액체 연료 공급부
30: 공기 플리넘
31: 가스 플리넘
32: (고온 가스 유동의) 방향

Claims (14)

  1. 복수의 N(N≥4) 로브 핑거들(lobe fingers;22a-d)을 포함하는 가스 터빈 연소기용 로브 랜스(21)로서, 상기 로브 핑거들(22a-d)의 각각은 유선형 단면 프로파일을 갖는 유선형 몸체로서 구성되고, 상기 몸체는 본질적으로 고온 가스 유동의 방향(32)에 평행하는 2개의 횡방향 표면들을 구비하고, 상기 횡방향 표면들은 선단 에지(23)에 의해서 상류측에서 결합되고 후미 에지(24)를 형성하는 하류측에서 결합되며, 공기와 혼합된 가스 및/또는 액체 연료를 분사하기 위한 복수의 노즐들(27)은 상기 후미 에지(24)를 따라 분배되고 상기 노즐들(27) 사이에서 뻗어 있는 로브들(28)이 혼합 품질을 개선하고 상기 연소기에서 압력 손실을 감소시키기 위하여 상기 후미 에지(24)에 제공되는, 상기 로브 랜스(21)에 있어서,
    각각의 로브 핑거(22a-d)의 로브들(28)은 상기 유동 방향(32)에 대한 2개의 반대 방위들(R,L) 중 하나를 가질 수 있고, 모든 로브 핑거들(22a-d)의 로브들(28)은 상기 로브 핑거들(22a-d)을 가로질러 미리 결정된 방위 패턴을 추종하고, 이웃 로브 핑거들(22a-d)의 적어도 하나의 쌍은 상기 로브 핑거들(22a-d)의 하류에 있는 로브 형상에 의해서 발생된 적어도 2개의 와류들이 조합되도록, 그룹형 로브 배열체(...LL...또는...RR...)로 귀결되는 동일 로브 방위를 갖는 것을 특징으로 하는 로브 랜스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    N = NR + NL이고,
    NR은 제 1 로브 방위(R)를 갖는 로브 핑거들의 수이고, NL은 상기 제 1 로브 방위의 반대인 제 2 로브 방위(L)를 갖는 로브 핑거들의 수인 것을 특징으로 하는 로브 랜스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    NR 및 NL은 모두 적어도 1인 것을 특징으로 하는 로브 랜스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    NR 및 NL은 대략 동일하거나 또는 동일한 것을 특징으로 하는 로브 랜스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 방위 패턴은 하기 패턴들 즉,
    ● RR...RRLL...LL,
    ● LL...LLRR...RR,
    ● RR...RRLL...LLRR(...RRLL...LL),
    ● LL...LLRR...RR(LL...LLRR...RR),
    ● RRLL...LLRR(...RRLL),
    ● LLRR...RRLL(...RRLL) 중 하나이고,
    N에 대해서 N/2 = NR = NL은 짝수가 되고, 또는 N에 대해서 N/2 = NR + 0.5 = NL - 0.5 또는 N/2 = NR - 0.5 = NL + 0.5는 홀수가 되는 것을 특징으로 하는 로브 랜스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    N = 8이고, 상기 미리 결정된 방위 패턴은 하기 패턴들 즉,
    ● RRRRLLLL,
    ● LLLLRRRR,
    ● RRLLRRLL,
    ● LLRRLLRR,
    ● RRLLLLRR,
    ● LLRRRRLL 중 하나인 것을 특징으로 하는 로브 랜스.
  7. 제 1 항에 있어서,
    N = 4인 것을 특징으로 하는 로브 랜스.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 방위 패턴은 RRLL 또는 LLRR인 것을 특징으로 하는 로브 랜스.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 방위 패턴은 RLLR 또는 LRRL인 것을 특징으로 하는 로브 랜스.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 방위 패턴은 하기 패턴들 즉,
    ● RRRL, RLLL,
    ● LLLR, LRRR,
    ● RRRR, LLLL 중 하나인 것을 특징으로 하는 로브 랜스.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 로브 핑거들(22a-d)은 좌측벽 및 우측벽 사이에 배열되고, 상기 측벽들에 인접한 상기 2개의 로브 핑거들은 하기 방식들 즉,
    ● (좌벽)R...L(우벽),
    ● (좌벽)L...R(우벽) 중 하나에 따른 미리 결정된 로브 방위를 갖는 것을 특징으로 하는 로브 랜스.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 로브 핑거들(22a-d)의 각각은 짝수의 노즐들(27)을 가지며, 상기 측벽들에 인접한 상기 2개의 로브 핑거들은 상기 방식(좌벽)R...L(우벽)에 따른 미리 결정된 로브 방위를 갖는 것을 특징으로 하는 로브 랜스.
  13. 제 1 항에 있어서,
    각각의 로브 핑거(22a-d)는 상기 선단 에지에서 상기 후미 에지까지 상기 로브 핑거를 2등분하는 로브 핑거 코드를 가지며 상기 로브 핑거들(22a-d) 중 2개의 로브 핑거 코드들은 상기 선단 에지(23)보다 상기 후미 에지(24)에서 서로 더욱 가까운 것을 특징으로 하는 로브 랜스.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 로브 랜스(21)를 포함하는 가스 터빈.
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