KR20180112006A

KR20180112006A - 연소기, 연소기의 성능 향상 방법

Info

Publication number: KR20180112006A
Application number: KR1020187026442A
Authority: KR
Inventors: 슈헤이 가지무라; 겐지 미야모토; 다이키 기노시타; 고타로 미야우치
Original assignee: 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2016-03-29
Filing date: 2017-03-28
Publication date: 2018-10-11
Also published as: KR102124301B1; WO2017170476A1; DE112017001792T5; DE112017001792B4; US10995956B2; US20190113231A1; CN108779919B; JP2017180899A; CN108779919A; JP6843513B2

Abstract

연소기(3)는, 연료를 분사하는 연료 노즐과, 연소 가스가 유통하는 연소 영역이 안쪽에 형성되는 통상을 이루고, 원주 방향으로 간격을 두고 당해 원주 방향으로 연장되는 복수의 슬릿(50)이 형성된 통체(24)와, 슬릿(50)에 끼워지는 동시에 통체(24)의 내주 측으로부터 직경 방향 안쪽으로 돌출하고, 직경 방향 바깥쪽으로부터 안쪽을 향함에 따라 연소 가스의 유통 방향으로 연장되는 트로틀 면을 갖는 트로틀 피스(60)를 구비한다.

Description

연소기, 연소기의 성능 향상 방법

본 발명은 연소기, 연소기의 성능 향상 방법에 관한 것이다.

본원은 2016년 03월 29일에 일본에 출원된 특허출원 제2016-065018호에 대해 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

가스 터빈 등에 이용되는 연소기는, 연료를 분사하는 연료 노즐과, 연료의 연소에 의해 생성된 연소 가스가 흐르는 통체(筒體, tubular body)를 구비하고 있다. 가스 터빈의 경우, 이 연소 가스를 이용하여, 연소기의 후단에 접속된 터빈이 구동된다.

여기서, CO 등의 미연소 탄화물의 생성을 억제하기 (연소를 좋게 하기) 위해, 상기 통체의 내부에서는, 연소 가스의 순환류(循環流)가 형성되는 것이 바람직한 것으로 된다. 순환류를 형성하기 위해, 예를 들어 하기 특허문헌 1에 기재된 출구 트로틀(throttle)을 통체 내주 측에 설치하는 예가 알려져 있다. 통체 속을 상류 측으로부터 하류 측을 향해 유통한 연소 가스는, 당해 출구 트로틀에 충돌함으로써 흐름의 방향을 바꾸어 다시 상류 측을 향한다. 이에 의해, 통체 내부에서 연소 가스의 순환류가 형성된다.

상기 특허문헌 1에 기재된 연소기는, 상류 측에 위치하는 통체와, 이 통체의 하류 측에 접속되는 미통(尾筒)을 갖고 있다. 상기 출구 트로틀은 통체의 하류 측 단부(端部)에 설치된다. 이 때문에, 통체와 미통을 분리함으로써, 통체의 내주 측에도 용이하게 액세스할 수 있다. 즉, 이미 조립이 완료된 연소기에 대해서도 용이하게 출구 트로틀을 설치할 수 있다.

일본 공개특허공보 제2005-315457호

그런데 상기 출구 트로틀을 현재 사용 중인 연소기에 대해 사후적으로 적용하고 싶다는 요청도 존재한다. 그러나 상기 구성과는 달리, 통체와 미통이 일체의 통체에 의해 구성되어 있는 연소기에서는, 상기와 같은 통체와 미통과의 분리가 상정되어 있지 않기 때문에, 출구 트로틀의 사후적인 부착에는 곤란을 수반한다. 또한, 새롭게 제조 중인 가스 터빈(연소기)에서도, 통체의 개방 구멍 단부로부터 벗어난 중도 위치에 출구 트로틀을 부착하는 것은, 작업 스페이스 등의 제약이 있기 때문에 곤란을 수반한다. 이에 의해, 연소기의 성능 향상에 지장을 초래하는 경우가 있다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 성능이 향상된 연소기 및 용이하게 성능을 향상하는 것이 가능한 연소기의 성능 향상 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 양태에 의하면, 연소기는, 연료를 분사하는 연료 노즐과, 상기 연료의 연소에 의해 생성된 연소 가스가 유통하는 연소 영역이 안쪽에 형성되는 통상(筒狀)을 이루고, 원주 방향으로 간격을 두고 당해 원주 방향으로 연장되는 복수의 슬릿(slit)이 형성된 통체와, 상기 슬릿에 끼워지는 동시에 상기 통체의 내주 측으로부터 직경 방향 안쪽으로 돌출하고, 직경 방향 바깥쪽으로부터 안쪽을 향함에 따라 상기 연소 가스의 유통 방향으로 연장되는 트로틀 면을 갖는 트로틀 피스(throttle piece)를 구비한다.

이 구성에 의하면, 트로틀 피스의 트로틀 면에 의해, 통체 속에서의 연소 가스의 순환류 형성을 촉진할 수 있다. 또한, 통체에 형성된 슬릿에 대해 당해 슬릿의 직경 방향 바깥쪽으로부터 트로틀 피스를 끼워 넣는 것만으로 상기 구성을 얻을 수 있다. 이에 의해, 연소기의 효율 향상을 용이하게 실현할 수 있다.

본 발명의 제2 양태에 의하면, 상기 제1 양태에 관한 연소기는, 상기 통체의 외주 측에 배치되며 상기 통체의 내부와 연통하는 감쇄 공간이 안쪽에 형성된 음향 댐퍼를 구비하고, 상기 트로틀 피스는 상기 음향 댐퍼보다도 하류 측에 설치되어 있어도 좋다.

여기서, 음향 댐퍼의 감쇄 공간 안으로부터는 공기가 누출하기 때문에, 당해 음향 댐퍼의 근방의 영역에서는 연소 가스의 온도가 낮아지는 것이 알려져 있다. 즉, 당해 영역에서는 CO 등의 미연소 탄화물이 생성되기 쉽다.

그러나 상기 구성에 의하면, 음향 댐퍼의 하류 측에 트로틀 피스가 설치되어 있기 때문에, 트로틀 피스의 트로틀 면에 의해 소용돌이가 형성된다. 이 소용돌이에 의해, 음향 댐퍼의 하류 측 영역에서의 공기와 연소 가스와의 혼합이 촉진되기 때문에, 미연소 탄화물의 생성을 억제할 수 있다.

본 발명의 제3 양태에 의하면, 연소기는, 연료를 분사하는 연료 노즐과, 상기 연료의 연소에 의해 생성된 연소 가스가 유통하는 연소 영역이 안쪽에 형성되는 통상을 이루는 동시에 벽면 내부에 상기 연소 가스의 유통 방향으로 연장되고, 냉각 공기가 유통하는 복수의 냉각 유로가 형성되어 있는 통체와, 상기 통체의 내주 측으로부터 직경 방향 안쪽으로 돌출하고, 직경 방향 바깥쪽으로부터 안쪽을 향함에 따라 상기 유통 방향으로 연장되는 트로틀 면을 갖는 동시에 상기 통체의 내주 측에서 원주 방향으로 연장되는 환상 트로틀 링(throttle ring)을 구비하고, 상기 통체의 외주면 위로서 상기 트로틀 링보다도 하류 측 부분에는, 당해 외주면으로부터 직경 방향 안쪽을 향해 오목한 동시에 상기 복수의 냉각 유로에 걸쳐 원주 방향으로 연장되는 캐비티(cavity)가 형성되고, 당해 캐비티를 직경 방향 바깥쪽으로부터 덮는 덮개를 추가로 구비한다.

이 구성에 의하면, 트로틀 링의 트로틀 면에 의해, 통체 속에서의 연소 가스의 순환류 형성을 촉진할 수 있다. 또한, 상기 구성과 같은 구성을 얻는 데 있어서는, 통체를 연소 가스의 유통 방향으로 분할한 후, 한쪽의 통체에 트로틀 링을 부착하여 통체끼리를 접합하는 것을 생각할 수 있다. 여기서, 상기 캐비티가 형성되어 있지 않은 경우, 통체의 벽면 내부에 형성된 복수의 냉각 유로끼리의 원주 방향 위치를 정확하게 일치시킬 필요가 발생하기 때문에, 작업성이 저하될 가능성이 있다. 그러나 상기 구성에 의하면, 복수의 냉각 유로에 걸치도록 하여 원주 방향으로 연장되는 캐비티가 형성되어 있기 때문에, 이들 냉각 유로의 원주 방향 위치를 고려하지 않고 통체끼리를 접합할 수 있다. 이에 의해, 성능이 향상된 연소기를 보다 용이하게 얻을 수 있다.

본 발명의 제4 양태에 의하면, 연소기는, 연료를 분사하는 연료 노즐과, 상기 연료의 연소에 의해 생성된 연소 가스가 유통하는 연소 영역이 안쪽에 형성되는 통상을 이루는 동시에 벽면 내부에 상기 연소 가스의 유통 방향으로 연장되고, 냉각 공기가 유통하는 복수의 냉각 유로가 형성되어 있는 통체와, 상기 통체의 내주 측으로부터 직경 방향 안쪽으로 돌출하고, 직경 방향 바깥쪽으로부터 안쪽을 향함에 따라 상기 유통 방향으로 연장되는 트로틀 면을 갖는 동시에 상기 통체의 내주 측에서 원주 방향으로 연장되는 환상 트로틀 링을 구비하고, 상기 통체의 외주면 위로서 상기 트로틀 링이 설치되는 위치를 기준으로 하여 상기 유통 방향의 양측에는, 당해 외주면으로부터 직경 방향 안쪽을 향해 오목한 동시에 상기 복수의 냉각 유로에 걸쳐 원주 방향으로 연장되는 한 쌍의 캐비티가 형성되고, 각 상기 캐비티를 직경 방향 바깥쪽으로부터 덮는 덮개를 추가로 구비한다.

이 구성에 의하면, 트로틀 링의 트로틀 면에 의해, 통체 속에서의 연소 가스의 순환류 형성을 촉진할 수 있다. 또한, 상기 구성과 같은 구성을 얻는 데 있어서는, 통체를 연소 가스의 유통 방향으로 분할한 후, 트로틀 링을 부착하고, 분할된 통체끼리를 접합하는 것을 생각할 수 있다. 여기서, 상기 캐비티가 형성되어 있지 않은 경우, 통체의 벽면 내부에 형성된 복수의 냉각 유로끼리의 원주 방향 위치를 정확하게 일치시킬 필요가 발생하기 때문에, 작업성이 저하될 가능성이 있다. 그러나 상기 구성에 의하면, 복수의 냉각 유로에 걸치도록 하여 원주 방향으로 연장되는 캐비티가 형성되어 있기 때문에, 이들 냉각 유로의 원주 방향 위치를 고려하지 않고 통체끼리를 접합할 수 있다. 이에 의해, 성능이 향상된 연소기를 보다 용이하게 얻을 수 있다.

본 발명의 제5 양태에 의하면, 상기 제3 또는 제4 양태에 관한 연소기는, 상기 통체의 외주 측에 배치되며 상기 통체의 내부와 연통하는 감쇄 공간이 안쪽에 형성된 음향 댐퍼를 구비하고, 상기 트로틀 링은 상기 음향 댐퍼보다도 하류 측에 설치되어 있어도 좋다.

그러나 상기 구성에 의하면, 음향 댐퍼의 하류 측에 트로틀 링이 설치되어 있기 때문에, 트로틀 링의 트로틀 면에 의해 소용돌이가 형성된다. 이 소용돌이에 의해, 음향 댐퍼의 하류 측 영역에서의 공기와 연소 가스와의 혼합이 촉진되기 때문에, 미연소 탄화물의 생성을 억제할 수 있다.

본 발명의 제6 양태에 의하면, 연소기의 성능 향상 방법은, 벽면 내부에 연소 가스의 유통 방향으로 연장되고 냉각 공기가 유통하는 복수의 냉각 유로가 형성되어 있는 통체와, 상기 통체의 내주 측으로부터 직경 방향 안쪽으로 돌출하고, 직경 방향 바깥쪽으로부터 안쪽을 향함에 따라 상기 유통 방향으로 연장되는 트로틀 면을 갖는 동시에 상기 통체의 내주 측에서 원주 방향으로 연장되는 환상 트로틀 링을 구비하는 연소기의 성능 향상 방법으로서, 상기 통체의 외주면에 당해 외주면으로부터 직경 방향 안쪽을 향해 오목한 동시에 상기 복수의 냉각 유로에 걸쳐서 원주 방향으로 연장되는 캐비티를 형성하는 공정과, 상기 통체를 상기 캐비티를 따라 상기 유통 방향으로 2개로 분할함으로써 한 쌍의 통체 반체부(半體部)를 형성하는 공정과, 상기 한 쌍의 통체 반체부 중 어느 한쪽의 통체 반체부의 내주 측에 상기 트로틀 링을 부착하는 공정과, 상기 트로틀 링이 부착된 한쪽의 상기 통체 반체부에 다른 쪽의 상기 통체 반체부를 접합하는 공정과, 상기 캐비티를 덮는 덮개를 부착하는 공정을 포함한다.

이 방법에 의하면, 일체를 이루는 통체가 2개의 통체 반체부로 분할된 후, 한쪽의 통체 반체부의 내주 측에 트로틀 링이 부착된다. 이에 의해, 예를 들어 이미 조립이 완료된 연소기에 트로틀 링을 적용하는 경우나, 통체의 개방 구멍 단부로부터의 액세스가 어려운 영역에 트로틀 링을 적용하는 경우라도 용이하게 작업을 행할 수 있다.

또한, 상기 캐비티가 형성되어 있지 않은 경우, 통체의 벽면 내부에 형성된 복수의 냉각 유로끼리의 원주 방향 위치를 정확하게 일치시킬 필요가 발생하기 때문에, 작업성이 저하될 가능성이 있다. 그러나 상기 방법에 의하면, 복수의 냉각 유로에 걸치도록 하여 원주 방향으로 연장되는 캐비티가 형성되어 있기 때문에, 이들 냉각 유로의 원주 방향 위치를 고려하지 않고 통체 반체부끼리를 접합할 수 있다. 이에 의해, 성능이 향상된 연소기를 보다 용이하게 얻을 수 있다.

본 발명의 제7 양태에 의하면, 연소기의 성능 향상 방법은, 벽면 내부에 연소 가스의 유통 방향으로 연장되고, 냉각 공기가 유통하는 복수의 냉각 유로가 형성되어 있는 통체와, 상기 통체의 내주 측으로부터 직경 방향 안쪽으로 돌출하고, 직경 방향 바깥쪽으로부터 안쪽을 향함에 따라 상기 유통 방향으로 연장되는 트로틀 면을 갖는 동시에 상기 통체의 내주 측에서 원주 방향으로 연장되는 환상 트로틀 링을 구비하는 연소기의 성능 향상 방법으로서, 상기 통체의 외주면에 상기 유통 방향으로 간격을 두고 배열되어, 당해 외주면으로부터 직경 방향 안쪽을 향해 오목한 동시에 상기 복수의 냉각 유로에 걸쳐 원주 방향으로 연장되는 한 쌍의 캐비티를 형성하는 공정과, 상기 통체를 한 쌍의 상기 캐비티를 따라 상기 유통 방향으로 3개로 분할함으로써, 상류 측 분할체, 중간 분할체 및 하류 측 분할체를 형성하는 공정과, 상기 중간 분할체의 내주 측에 상기 트로틀 링을 부착하는 공정과, 상기 트로틀 링이 부착된 상기 중간 분할체에 상기 상류 측 분할체 및 상기 하류 측 분할체를 각각 접합하는 공정과, 상기 한 쌍의 캐비티를 덮는 덮개를 각각 부착하는 공정을 포함한다.

이 방법에 의하면, 일체를 이루는 통체가 상류 측 분할체, 중간 분할체 및 하류 측 분할체로 분할된 후, 중간 분할체의 내주 측에 트로틀 링이 부착된다. 이에 의해, 예를 들어 이미 조립이 완료된 연소기에 트로틀 링을 적용하는 경우나, 통체의 개방 구멍 단부로부터의 액세스가 어려운 영역에 트로틀 링을 적용하는 경우라도 용이하게 작업을 행할 수 있다.

또한, 상기 캐비티가 형성되어 있지 않은 경우, 통체의 벽면 내부에 형성된 복수의 냉각 유로끼리의 원주 방향 위치를 정확하게 일치시킬 필요가 발생하기 때문에, 작업성이 저하될 가능성이 있다. 그러나 상기 방법에 의하면, 복수의 냉각 유로에 걸치도록 하여 원주 방향으로 연장되는 캐비티가 형성되어 있기 때문에, 이들 냉각 유로의 원주 방향 위치를 고려하지 않고 상류 측 분할체, 중간 분할체 및 하류 측 분할체를 접합할 수 있다. 이에 의해, 성능이 향상된 연소기를 보다 용이하게 얻을 수 있다.

게다가, 상기 중간 분할체는 상류 측 분할체 및 하류 측 분할체로부터 독립하여 이동시킬 수 있기 때문에, 예를 들어 연소기 주변의 한정된 스페이스에서 상기 각 공정을 실행하는 경우에 비해 높은 작업성을 확보할 수도 있다.

본 발명에 의하면, 성능이 향상된 연소기 및 용이하게 성능을 향상하는 것이 가능한 연소기의 성능 향상 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 가스 터빈의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 관한 연소기의 구성을 나타내는 확대도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 연소기의 요부 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 관한 연소기의 연소통(燃燒筒) 및 음향 댐퍼의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시형태에 관한 트로틀 피스의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시형태에 관한 연소기의 요부 확대 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시형태에 관한 연소기의 성능 향상 방법에 있어서의 일 공정을 나타내는 설명도로서, 통체에 캐비티를 형성하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시형태에 관한 연소기의 성능 향상 방법에 있어서의 일 공정을 나타내는 설명도로서, 통체를 분할하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시형태에 관한 연소기의 성능 향상 방법에 있어서의 일 공정을 나타내는 설명도로서, 통체 반체부에 트로틀 링을 부착하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시형태에 관한 연소기의 성능 향상 방법에 있어서의 일 공정을 나타내는 설명도로서, 통체 반체부끼리를 접합하는 공정과 덮개를 부착하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시형태에 관한 연소기의 요부 확대 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시형태에 관한 연소기의 성능 향상 방법에서의 일 공정을 나타내는 설명도로서, 통체에 캐비티를 형성하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시형태에 관한 연소기의 성능 향상 방법에 있어서의 일 공정을 나타내는 설명도로서, 통체를 분할하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 제3 실시형태에 관한 연소기의 성능 향상 방법에 있어서의 일 공정을 나타내는 설명도로서, 중간 분할체에 트로틀 링을 부착하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 제3 실시형태에 관한 연소기의 성능 향상 방법에 있어서의 일 공정을 나타내는 설명도로서, 통체끼리를 접합하는 공정과 덮개를 부착하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 제2 실시형태에 관한 연소기의 성능 향상 방법의 각 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 17은 본 발명의 제3 실시형태에 관한 연소기의 성능 향상 방법의 각 공정을 나타내는 흐름도이다.

[제1 실시형태]

본 발명의 제1 실시형태에 대해, 도 1부터 도 4를 참조하여 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관한 가스 터빈(1)은, 압축기(2)와, 연소기(3)와, 터빈(5)을 구비하고 있다.

압축기(2)는, 축선(As)을 따라 연장되는 압축기 로터(6)와, 이 압축기 로터(6)를 외주 측으로부터 덮는 압축기 케이싱(7)을 갖고 있다. 압축기 로터(6)는 축선(As)을 중심으로 하는 주상(柱狀)을 이루고 있고, 그 외주면에는 압축기 동익(動翼)(8)이 부착되어 있다. 압축기 동익(8)은 축선(As)에 대한 원주 방향으로 간격을 두고 복수 배열됨으로써 하나의 압축기 동익단(動翼段)(9)을 형성한다. 압축기 로터(6) 위에는, 이와 같은 압축기 동익단(9)이 축선(As) 방향으로 간격을 두고 복수 열 설치되어 있다.

압축기 케이싱(7)의 내주 측에는, 상기 압축기 동익(8)에 대해 축선(As) 방향으로 엇갈리도록 배열된 복수 열의 압축기 정익단(靜翼段)(11)이 설치되어 있다. 이 압축기 정익단(11)은 상기 압축기 동익단(9)과 마찬가지로 축선(As)의 원주 방향으로 간격을 두고 배열된 복수의 압축기 정익(靜翼)(10)을 갖고 있다.

연소기(3)는, 압축기(2)에 의해 생성된 고압 공기에 대해, 연료를 혼합하여 연소시킴으로써 고온·고압의 연소 가스를 생성한다. 이 연소 가스는 후술하는 터빈(5)에 보내져서 당해 터빈(5)을 구동한다.

터빈(5)은, 축선(As)을 따라 연장되는 터빈 로터(12)와, 이 터빈 로터(12)를 외주 측으로부터 덮는 터빈 케이싱(13)을 갖고 있다. 터빈 로터(12)는 축선(As)을 중심으로 하는 주상을 이루고 있고, 그 외주면에는 터빈 동익(14)이 부착되어 있다. 터빈 동익(14)은 축선(As)에 대한 원주 방향으로 간격을 두고 복수 배열됨으로써 하나의 터빈 동익단(15)을 형성한다. 터빈 로터(12) 위에는, 이와 같은 터빈 동익단 (15)이 축선(As) 방향으로 간격을 두고 복수 열 설치되어 있다.

터빈 케이싱(13)의 내주 측에는, 상기 터빈 동익(14)에 대해 축선(As) 방향으로 엇갈리도록 배열된 복수 열의 터빈 정익단(17)이 설치되어 있다. 이 터빈 정익단(17)은 축선(As)의 원주 방향으로 간격을 두고 배열된 복수의 터빈 정익(16)을 갖고 있다.

압축기 로터(6)와 터빈 로터(12)는 동축(축선(As)) 위에 위치하여 서로 연결되어 가스 터빈 로터(18)를 형성한다. 이 가스 터빈 로터(18)의 축단(軸端)에는, 예를 들어 발전기(20)가 접속되어 있다. 또한, 압축기 케이싱(7)과 터빈 케이싱(13)은 서로 연결되어 가스 터빈 케이싱(19)을 이룬다.

이상과 같이 구성된 가스 터빈(1)에서는, 압축기 로터(6)가 회전함으로써, 압축기(2)가 고압 공기를 생성한다. 또한, 이 고압 공기가 연소기(3)에 인도되어 연료와 함께 연소함으로써, 고온·고압의 연소 가스가 생성된다. 이어서, 연소 가스가 터빈(5)에 인도되어 상기 터빈 동익(14) 및 터빈 정익(16)에 순차 충돌함으로써, 터빈 로터(12)(가스 터빈 로터(18))에 대해 운동 에너지가 주어진다. 이 운동 에너지에 의해, 가스 터빈 로터(18)는 축선(As) 주변으로 회전한다. 가스 터빈 로터(18)의 회전은 축단에 연결된 발전기(20)에 의해 취출되어 발전 등에 이용된다.

이어서, 도 2와 도 3을 참조하여 연소기(3)의 구성에 대해 설명한다. 연소기(3)는, 외통(21)에 지지되어 연료를 공급하는 노즐(22)(연료 노즐)과, 노즐(22)을 바깥쪽으로부터 덮는 스월러 지지 통(swirler support cylinder)(23)과, 스월러 지지 통(23)의 하류 측에 접속되는 연소통(24)(통체)을 갖고 있다.

노즐(22)은 연료 및 압축 공기를 혼합한 예혼합 가스를 후술하는 연소통(24) 안에 분사한다. 스월러 지지 통(23)은 연소기 축선(Ac)을 중심으로 하는 원통상을 이루고 있다. 연소기 축선(Ac)은 상기 축선(As)에 대해 교차하는 방향으로 연장되어 있다. 스월러 지지 통(23)의 하류 측 단부에는 연소통(24)이 접속되어 있다. 노즐(22)로부터 공급된 연료는 연소통(24) 안의 영역(연소 영역)에서 압축 공기와 혼합된 뒤 연소하여 연소 가스를 생성한다. 연소 가스는 연소통(24)을 통해 터빈(5)에 공급된다.

또한, 본 실시형태에서 이용하는 상류, 하류, 상류 측, 하류 측 등의 표현은 연소통(24)의 안쪽을 흐르는 연소 가스의 흐름 방향에 기초하고 있다. 즉, 상기 연소통(24)을 기준으로 하여 노즐(22)이 설치되는 측을 상류 측이라고 부르고, 노즐(22)을 기준으로 하여 연소통(24)이 설치되는 측을 하류 측이라고 부른다. 또한, 연소 가스의 유통 방향이란, 연소기 축선(Ac) 방향을 따르는 방향을 가리킨다. 또한, 스월러 지지 통(23) 속과 연소통(24) 속을 흐르는 연소 가스의 흐름을 「주류(主流)」라고 부르는 것이 있다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 연소통(24)은 연소기 축선(Ac)의 직경 방향으로 적층된 상태의 2개의 판에 의해 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 연소통(24)은, 판 두께 방향의 한쪽(직경 방향 안쪽)을 마주하는 내측판(29)과, 판 두께 방향의 다른 쪽(직경 방향 바깥쪽)을 마주하는 외측판(30)을 갖고 있다. 내측판(29)과 외측판(30)은 판 두께 방향으로 서로 중첩된 상태로 되어 있다.

외측판(30)의 직경 방향 안쪽에는, 일례로서 MT 핀이라고 불리는 냉각 유로(31)가 형성되어 있다. 이들 냉각 유로(31)는 외측판(30)의 직경 방향 안쪽의 면으로부터 직경 방향 바깥쪽에 오목하도록 형성된 복수의 오목 홈에 의해 형성되어 있다. 각 오목 홈은 연소기 축선(Ac) 방향으로 연장되어 있다. 또한, 이들 오목 홈은 연소기 축선(Ac)의 원주 방향으로 간격을 두고 복수 열 형성되어 있다. 냉각 유로(31) 속에는, 가스 터빈 케이싱(19) 속을 유통하는 공기(냉각 공기)가 유통한다. 이에 의해, 연소통(24) 자체를 연소 가스의 복사열 등으로부터 보호할 수 있다.

또한, 연소통(24)의 외주 측에는, 연소기(3)에서 발생하는 연소 진동이나, 연소 가스와 연소통(24) 사이에서 발생하는 마찰음 등을 경감하기 위한 음향 댐퍼(40)가 부착되어 있다. 음향 댐퍼(40)는, 연소통(24)의 외주면의 일부에 형성된 다공 영역(32)과, 이 다공 영역(32)을 덮음으로써 안쪽에 감쇄 공간(37)을 구획하는 하우징(33)을 구비하고 있다.

다공 영역(32)은 연소통(24)의 연소기 축선(Ac) 방향에 있어서의 일부분을 이루는 영역이다. 이 다공 영역(32)에는, 연소통(24)의 판 두께 방향으로 관통하는 복수의 구멍부(34)가 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 이들 구멍부(34)는 연소통(24)의 외주면을 따라 원주 방향으로 등간격을 두고 환상으로 배열되어 있다.

다공 영역(32)은 외주 측으로부터 하우징(33)에 의해 덮여 있다. 보다 상세하게는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 이 하우징(33)은, 연소통(24)의 외주면에 대해 연소기 축선(Ac)의 직경 방향으로 간격을 두고 연장되는 주판(主板)(35)과, 이 주판(35)과 연소통(24)의 외주면 사이를 직경 방향으로 접속하는 한 쌍의 측판(36)을 갖고 있다. 또한, 하우징(33)은 연소통(24)의 외주면을 따라 연소기 축선(Ac)의 원주 방향으로 연장되어 있다. 즉, 이 하우징(33)은 다공 영역(32)과의 사이에 환상 감쇄 공간(37)을 형성한다. 이 감쇄 공간(37)은 구멍부(34)를 통해 연소통(24)의 내주 측 연소 영역과 연통되어 있다.

또한, 도 3에 나타내는 바와 같이, 연소통(24)의 내주 측으로서 상기 음향 댐퍼(40)의 하류 측의 영역에는, 연소기 축선(Ac)의 원주 방향으로 간격을 두고 배열되는 동시에 당해 원주 방향으로 연장되는 복수의 슬릿(50)이 형성되어 있다. 각 슬릿(50)은, 원주 방향으로 연장되는 장변(長邊)과, 이 장변에 교차하는 연소기 축선(Ac) 방향으로 연장되는 단변(短邊)에 의해 둘러싸이는 대략 직사각형 개방 구멍이다.

이들 복수의 슬릿(50)에는, 그 외주 측으로부터 트로틀 피스(60)가 끼워져 있다. 트로틀 피스(60)의 상세한 구성에 대해, 도 5를 참조하여 설명한다. 트로틀 피스(60)는, 연소통(24)의 외주면에 고정되는 기부(基部)(61)와, 기부(61)와 일체로 형성된 피스 본체(62)와, 이들 기부(61) 및 피스 본체(62) 사이에 설치된 복수의 리브(63)를 갖고 있다.

기부(61)는 연소기 축선(Ac) 방향에서 보아, 연소통(24)의 외주면을 따라 원주 방향으로 연장되는 원호상을 이루고 있다. 기부(61)의 원주 방향에서의 치수는 상기 슬릿(50)의 원주 방향에서의 치수와 동일하거나, 이보다도 약간 작게 설정되어 있다. 기부(61)의 직경 방향 안쪽의 면은 연소통(24)의 외주면에 대해 고정되어 있다.

또한, 기부(61)에는, 연소기 축선(Ac)의 직경 방향으로 연장되는 공기 구멍(64)이 복수 형성되어 있다. 이들 공기 구멍(64)은 기부(61) 위에서 원주 방향으로 간격을 두고 배열되어 있다. 공기 구멍(64)을 통해 외부의 공기가 기부(61)의 직경 방향 안쪽에 취입됨으로써, 후술하는 피스 본체(62)가 냉각되어 연소 가스의 복사열 등으로부터 보호된다.

피스 본체(62)는, 기부(61)의 직경 방향 안쪽의 면으로부터 직경 방향 안쪽을 향해 연장되는 접속부(62A)와, 접속부(62A)의 직경 방향 안쪽의 단부로부터 추가로 직경 방향 안쪽에 돌출하는 테이퍼부(62B)를 갖고 있다. 연소기 축선(Ac)의 원주 방향에서 보아, 테이퍼부(62B)는 당해 연소기 축선(Ac)에 대해 교차하는 방향으로 경사져 있다. 보다 구체적으로는, 테이퍼부(62B)는 상류 측으로부터 하류 측을 향함에 따라 직경 방향 바깥쪽으로부터 안쪽을 향하도록 연장되어 있다. 테이퍼부(62B)의 직경 방향 안쪽을 향하는 면은 트로틀 면(S)으로 되어 있다. 이 트로틀 면(S)은 연소통(24) 속을 흐르는 주류를 마주 대하고 있다.

리브(63)는, 테이퍼부(62B)의 직경 방향 바깥쪽을 향하는 면과 기부(61)의 직경 방향 안쪽을 향하는 면을 직경 방향으로 연결하는 판상 부재이다. 리브(63)는 원주 방향으로 간격을 두고 복수 설치되어 있다. 이들 리브(63)는 트로틀 피스(60) 전체의 강성을 확보하기 위해 설치되어 있다. 또한, 상기 복수의 공기 구멍(64)은 모두 이들 리브(63)와 간섭하지 않는 부분에 형성되어 있다.

이상과 같이 구성된 트로틀 피스(60)가, 연소통(24)에 형성된 각 슬릿(50)에 외주 측으로부터 끼워져 있다. 이에 의해, 연소통(24)의 내주 측에서는, 각 트로틀 피스(60)가 트로틀 면(S)(테이퍼부(62B))을 상류 측을 향한 상태로 배치된다.

이어서, 본 실시형태에 관한 가스 터빈(1) 및 연소기(3)의 동작에 대해 설명한다. 상술한 바와 같이, 가스 터빈(1)을 운전하기 위해서는, 먼저 외부의 구동원에 의해 가스 터빈 로터(18)를 회전 구동함으로써, 압축기(2)의 내부에 외부 공기가 취입된다. 압축기(2)에 취입된 공기는 압축기(2)의 구동에 수반하여 상기 압축기 동익(8) 및 압축기 정익(10) 사이를 유통하는 동안에 순차 압축되어 고압 공기가 된다.

이 고압 공기는 가스 터빈 케이싱(19)을 통해 연소기(3) 속에 도입된다. 연소기(3) 속에서는, 이 고압 공기와 연료가 혼합됨으로써, 예혼합(予混合) 가스가 생성된다. 이 예혼합 가스에 착화(着火)함으로써, 고온·고압의 연소 가스가 생성된다. 이어서, 연소 가스는 터빈(5) 속에 인도됨으로써 당해 터빈(5)을 회전 구동한다. 이와 같은 사이클이 연속하여 반복됨으로써, 가스 터빈(1)이 운전된다.

여기서, 연소기(3) 속에서의 CO 등의 미연소 탄화물의 생성을 억제하기 (연소를 좋게 하기) 위해, 연소통(24)의 내부에서는, 연소 가스의 순환류가 형성되는 것이 바람직한 것으로 된다. 그래서 본 실시형태에 관한 연소기(3)에서는, 상기 트로틀 피스(60)가 연소통(24)의 슬릿(50)에 부착되어 있다. 이 트로틀 피스(60)가 설치되어 있음으로써, 연소통(24) 속을 상류 측으로부터 하류 측을 향해 유통한 연소 가스는 트로틀 면(S)에 충돌함으로써 흐름의 방향을 바꾸어 다시 상류 측을 향한다. 이에 의해, 연소통(24) 내부에서 연소 가스의 순환류가 형성된다. 따라서 상기와 같은 CO 등의 미연소 탄화물의 생성이 억제되어 연소기(3)의 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 연소통(24)에 형성된 복수의 슬릿(50)에 대해, 각 슬릿(50)의 직경 방향 바깥쪽으로부터 트로틀 피스(60)를 끼워 넣는 것만으로 상기 구성을 얻을 수 있다. 이에 의해, 연소기(3)의 효율 향상을 용이하게 실현할 수 있다. 특히, 상기와 같은 구성에 의하면, 연소통(24)의 개방 구멍 단부로부터 떨어진 영역이라도 용이하게 트로틀 피스(60)를 부착할 수 있다.

다른 예로서는, 연소통(24)의 개방 구멍 단부로부터, 트로틀 피스(60)를 부착하고 싶은 영역에 직접 액세스하여 작업을 행하는 것도 생각할 수 있다. 그러나 이 방법에서는, 협소한 연소통(24) 내부에서 용접 등의 작업을 진행할 필요가 있기 때문에, 작업성이 저하될 뿐만 아니라, 만족스러운 작업 결과를 얻을 수 없을 가능성이 있다. 또한, 이 방법에서는, 대규모 분해 작업이 필요하기 때문에, 현재 사용 중인 연소기(3)에 트로틀 피스(60)를 적용하는 경우에는 현실적이라고는 말할 수 없다. 이 점에서, 본 실시형태에 관한 구성은 유리하다.

또한, 상기 연소기(3)에서는, 트로틀 피스(60)는 음향 댐퍼(40)보다도 하류 측에 설치되어 있다. 여기서, 음향 댐퍼(40)의 감쇄 공간(37) 안으로부터는 공기가 누출하기 때문에, 당해 음향 댐퍼(40)의 근방의 영역에서는 연소 가스의 온도가 낮아지는 것이 알려져 있다. 즉, 당해 영역에서는, CO 등의 미연소 탄화물이 생성되기 쉽다.

그러나 상기 구성에 의하면, 음향 댐퍼(40)의 하류 측에 트로틀 피스(60)가 설치되어 있기 때문에, 트로틀 피스(60)의 트로틀 면(S)에 의해 소용돌이가 형성된다. 이 소용돌이에 의해, 음향 댐퍼(40)의 하류 측 영역에서의 공기와 연소 가스와의 혼합이 촉진되기 때문에, 미연소 탄화물의 생성을 추가로 억제할 수 있다.

[제2 실시형태]

다음에, 본 발명의 제2 실시형태에 대해, 도 6부터 도 10을 참조하여 설명한다. 또한, 상기 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명을 생략한다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 상기 제1 실시형태에 있어서의 트로틀 피스(60)를 대신하여, 트로틀 링(60B)이 연소통(24)의 내주 측에 부착되어 있다. 트로틀 링(60B)은 상기 제1 실시형태와 마찬가지로 음향 댐퍼(40)의 하류 측에 설치되어 있다.

트로틀 링(60B)은 연소기 축선(Ac)을 중심으로 하는 원환상을 이루고 있다. 트로틀 링(60B)은, 연소통(24)의 내주면을 따라 연소기 축선(Ac) 방향으로 넓어지는 고정부(61B)와, 고정부(61B)의 하류 측의 단부에 일체로 부착된 트로틀 링 본체(62C)를 갖고 있다. 고정부(61B)의 외주 측의 면은 연소통(24)의 내주면에 대해 고정되어 있다. 연소기 축선(Ac)의 원주 방향에서 보아, 트로틀 링 본체(62C)는 당해 연소기 축선(Ac)에 대해 교차하는 방향으로 경사져 있다. 보다 구체적으로는, 트로틀 링 본체(62C)는 상류 측으로부터 하류 측을 향함에 따라 직경 방향 바깥쪽으로부터 안쪽을 향하도록 연장되어 있다. 트로틀 링 본체(62C)의 직경 방향 안쪽을 향하는 면은 트로틀 면(SB)으로 되어 있다. 이 트로틀 면(SB)은 연소통(24) 속을 흐르는 주류를 마주 대하고 있다.

연소통(24)의 상기 트로틀 링 본체(62C)가 위치하는 부분에는, 복수의 공기 구멍(H)이 형성되어 있다. 이들 공기 구멍(H)은 연소통(24)을 직경 방향으로 관통하는 구멍이다. 공기 구멍(H)은 연소기 축선(Ac)의 원주 방향으로 간격을 두고 복수 배열되어 있다. 공기 구멍(H)을 통해 외부의 공기가 연소통(24)의 내주 측에 취입됨으로써, 트로틀 링 본체(62C)가 냉각되어 연소 가스의 복사열 등으로부터 보호된다.

또한, 연소통(24)의 외주면 위로서, 상기 트로틀 링(60B)보다도 하류 측의 부분에는, 당해 외주면으로부터 직경 방향 안쪽을 향해 오목한 각진 홈상(角溝狀, rectangular groove shape) 캐비티(70)가 형성되어 있다. 이 캐비티(70)를 형성하는 각 면 중, 상류 측의 면은 상류면(71)으로 되고, 하류 측의 면은 하류면(72)으로 되어 있다. 또한, 이들 상류면(71)과 하류면(72)을 접속하는 면은 연소기 축선(Ac) 방향으로 넓어지는 저면(底面)(73)으로 되어 있다. 상류면(71) 위 및 하류면(72) 위에는, 상술한 복수의 냉각 유로(31)의 단부가 각각 개방하고 있다. 즉, 이 캐비티(70)는 이들 복수의 냉각 유로(31)에 걸치도록 하여 형성되어 있다. 또한, 상류면(71)에서의 냉각 유로(31)의 개방 구멍과 하류면(72)에서의 냉각 유로(31)의 개방 구멍의 원주 방향에 있어서의 위치는 반드시 일치하고 있지 않아도 좋고, 이들이 원주 방향으로 서로 벗어나 있어도 좋다. 이와 같은 캐비티(70)가 연소통(24)의 외주면을 따라 원주 방향으로 형성되어 있다.

또한, 캐비티(70)의 저면(73)과 연소통(24)의 내주 측 면 사이에는, 연소기 축선(Ac)의 직경 방향으로 연장되는 접합부(80)가 형성되어 있다. 이 접합부(80)는 연소통(24)을 상하류 방향으로 분할할 때에 발생한 단면끼리의 사이에 개재하고 있다. 보다 구체적으로는, 이 접합부(80)는 아크 용접 등에 의해 형성된다.

상기 접합부(80)를 협지하여, 연소통(24)은 2개의 부분(통체 반체부)으로 분할되어 있다. 구체적으로는, 접합부(80)보다도 상류 측에 위치하는 부분은 상류 측 반체부(24A)로 되고, 하류 측에 위치하는 부분은 하류 측 반체부(24B)로 되어 있다. 상기 트로틀 링(60B)은 상류 측 반체부(24A)의 내주면에 부착되어 있다.

캐비티(70)는 외주 측으로부터 덮개(90)에 의해 덮여 있다. 덮개(90)는 연소통(24)의 외주면과 동일하거나 약간 큰 내경 치수를 갖는 원환상 부재이다. 또한, 연소기 축선(Ac) 방향에서의 덮개(90)의 치수는 상기 연소기 축선(Ac) 방향에서의 캐비티(70)의 치수보다도 충분히 크게 설정되어 있다. 덮개(90)에 의해 덮임으로써, 캐비티(70) 및 냉각 유로(31)는 외부에 대한 기밀성이 유지된다. 즉, 캐비티(70) 및 냉각 유로(31) 속을 유통하는 공기가 외부에 누설하지 않도록 되어 있다.

다음에, 본 실시형태에 관한 연소기(3)의 성능 향상 방법에 대해, 도 7부터 도 10 및 도 16을 참조하여 설명한다. 본 실시형태에 관한 연소기(3)의 성능 향상 방법은, 연소기(3)(통체)에 상기 캐비티(70)를 형성하는 공정과, 당해 연소통(24)을 분할하여 한 쌍의 통체 반체부를 형성하는 공정과, 한쪽의 통체 반체부에 상기 트로틀 링(60B)을 부착하는 공정과, 이들 통체 반체부끼리를 접합하는 공정과, 덮개(90)를 부착하는 공정을 포함한다(도 14 참조).

이하, 상기 각 공정에 대해 순서대로 설명한다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 먼저 연소통(24)의 외주 측에 있어서의 소망 영역에 상기 캐비티(70)를 형성한다(캐비티 형성 공정 S1). 그러고 나서, 이 캐비티(70)의 저면(73)으로부터 연소통(24)의 내주 측을 향해 당해 연소통(24)을 절단한다. 이에 의해, 연소통(24)은 상하류 방향으로 2개로 분할되어, 상류 측 반체부(24A), 하류 측 반체부(24B)가 얻어진다(통체 분할 공정 S2: 도 8).

다음에, 상류 측 반체부(24A)의 내주면에 트로틀 링(60B)을 부착한다. 구체적으로는, 당해 상류 측 반체부(24A)의 내주면에 트로틀 링(60B)의 고정부(61B)를 용접 등에 의해 고정한다(트로틀 링 부착 공정 S3: 도 9).

이어서, 트로틀 링(60B)이 부착된 상태의 상류 측 반체부(24A)와 하류 측 반체부(24B)를 접합한다(접합 공정 S4: 도 10). 또한, 이때, 캐비티(70)의 상류면(71)에서의 냉각 유로(31)의 개방 구멍과 하류면(72)에서의 냉각 유로(31)의 개방 구멍과의 원주 방향에 있어서의 위치는 반드시 일치하고 있지 않아도 좋고, 이들이 원주 방향으로 서로 벗어나 있어도 좋다.

다음에, 상술한 바와 같이 접합된 상태의 연소통(24)(상류 측 반체부(24A), 하류 측 반체부(24B))에 대해, 캐비티(70)를 외주 측으로부터 덮도록 하여 덮개(90)를 부착한다(덮개 부착 공정 S5). 이에 의해, 캐비티(70) 및 냉각 유로(31)와 외부와의 기밀이 확보된다. 이상에 의해, 본 실시형태에 관한 연소기(3)의 성능 향상 방법의 전 공정이 완료된다.

이와 같은 구성 및 방법에 의하면, 일체를 이루는 연소통(24)이 2개의 통체 반체부(상류 측 반체부(24A), 하류 측 반체부(24B))로 분할된 후, 한쪽의 통체 반체부의 내주 측에 트로틀 링(60B)이 부착된다. 이에 의해, 예를 들어 이미 조립이 완료된 연소기(3)에 트로틀 링(60B)을 적용하는 경우나, 연소통(24)의 개방 구멍 단부로부터의 액세스가 어려운 영역에 트로틀 링(60B)을 적용하는 경우라도 통체 반체부의 개방 구멍을 통해 용이하게 작업을 행할 수 있다.

또한, 상기 캐비티(70)가 형성되어 있지 않은 경우, 연소통(24)의 벽면 내부에 형성된 복수의 냉각 유로(31)끼리의 원주 방향 위치를 정확하게 일치시킬 필요가 발생하기 때문에, 작업성이 저하될 가능성이 있다. 그러나 상기 방법에 의하면, 복수의 냉각 유로(31)에 걸치도록 하여 원주 방향으로 연장되는 캐비티(70)가 형성되어 있기 때문에, 이들 냉각 유로(31)의 원주 방향 위치를 고려하지 않고 통체 반체부끼리를 접합할 수 있다. 이에 의해, 성능이 향상된 연소기(3)를 보다 용이하게 얻을 수 있다.

[제3 실시형태]

다음에, 본 발명의 제3 실시형태에 대해, 도 11부터 도 15 및 도 17을 참조하여 설명한다. 또한, 상기 각 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명을 생략한다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 트로틀 링(60B)이 연소통(24)의 내주 측에 부착되어 있다. 트로틀 링(60B)은 상기 각 실시형태와 마찬가지로 음향 댐퍼(40)의 하류 측에 설치되어 있다.

또한, 상기 제2 실시형태와 마찬가지로, 연소통(24)의 상기 트로틀 링 본체(62C)가 위치하는 부분에는, 복수의 공기 구멍이 형성되어 있어도 좋다. 공기 구멍을 통해 외부의 공기가 연소통(24)의 내주 측에 취입됨으로써, 트로틀 링 본체(62C)가 냉각되어 연소 가스의 복사열 등으로부터 보호된다.

또한, 연소통(24)의 외주면 위로서, 연소기 축선(Ac) 방향에서 상기 트로틀 링(60B)을 협지하여 상류 측과 하류 측에 있어서의 부분에는, 당해 외주면으로부터 직경 방향 안쪽을 향해 오목한 각진 홈상 캐비티(70)가 하나씩 형성되어 있다. 또한, 이들 2개의 캐비티(70)는 서로 동등한 구성을 갖기 때문에, 이하에서는 대표적으로 한쪽의 캐비티(70)에 대해서만 설명한다.

캐비티(70)를 형성하는 각 면 중, 상류 측의 면은 상류면(71)으로 되고, 하류 측의 면은 하류면(72)으로 되어 있다. 또한, 이들 상류면(71)과 하류면(72)을 접속하는 면은 연소기 축선(Ac) 방향으로 넓어지는 저면(73)으로 되어 있다. 상류면(71) 위 및 하류면(72) 위에는 상술한 복수의 냉각 유로(31)의 단부가 각각 개방하고 있다. 즉, 이 캐비티(70)는 이들 복수의 냉각 유로(31)에 걸치도록 하여 형성되어 있다. 또한, 상류면(71)에서의 냉각 유로(31)의 개방 구멍과 하류면(72)에서의 냉각 유로(31)의 개방 구멍과의 원주 방향에 있어서의 위치는 반드시 일치하고 있지 않아도 좋고, 이들이 원주 방향으로 서로 벗어나 있어도 좋다. 이와 같은 캐비티(70)가 연소통(24)의 외주면을 따라 원주 방향으로 형성되어 있다.

상기 2개의 접합부(80)를 협지하여, 연소통(24)은 연소기 축선(Ac) 방향의 상류 측으로부터 하류 측에 걸쳐 3개의 부분으로 분할되어 있다. 구체적으로는, 가장 상류 측에 위치하는 부분은 상류 측 분할체(24U)로 되고, 가장 하류 측에 위치하는 부분은 하류 측 분할체(24D)로 되어 있다. 또한, 이들 상류 측 분할체(24U) 및 하류 측 분할체(24D) 사이에 위치하는 부분은 중간 분할체(24M)로 되어 있다. 상기 트로틀 링(60B)은 이 중간 분할체(24M)의 내주면에 부착되어 있다.

각 캐비티(70)는 외주 측으로부터 덮개(90)에 의해 덮여 있다. 덮개(90)는 연소통(24)의 외주면과 동일하거나 약간 큰 내경 치수를 갖는 원환상 부재이다. 또한, 연소기 축선(Ac) 방향에서의 덮개(90)의 치수는 상기 연소기 축선(Ac) 방향에서의 캐비티(70)의 치수보다도 충분히 크게 설정되어 있다. 덮개(90)에 의해 덮임으로써, 캐비티(70) 및 냉각 유로(31)는 외부에 대한 기밀성이 유지된다. 즉, 캐비티(70) 및 냉각 유로(31) 속을 유통하는 공기가 외부에 누설하지 않도록 되어 있다.

다음에, 본 실시형태에 관한 연소기(3)의 성능 향상 방법에 대해, 도 12부터 도 15 및 도 17을 참조하여 설명한다. 본 실시형태에 관한 연소기(3)의 성능 향상 방법은, 연소기(3)(통체)에 상기 캐비티(70)를 형성하는 공정과, 당해 연소통(24)을 분할하여 상류 측 분할체(24U), 중간 분할체(24M) 및 하류 측 분할체(24D)를 형성하는 공정과, 중간 분할체(24M)에 상기 트로틀 링(60B)을 부착하는 공정과, 이들 상류 측 분할체(24U), 중간 분할체(24M) 및 하류 측 분할체(24D)를 서로 접합하는 공정과, 덮개(90)를 부착하는 공정을 포함한다(도 17).

이하, 상기 각 공정에 대해 순서대로 설명한다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 먼저 연소통(24)의 외주 측에 있어서의 소망 영역에 상기 2개의 캐비티(70)를 형성한다(캐비티 형성 공정 S11). 그러고 나서, 각각의 캐비티(70)의 저면(73)으로부터 연소통(24)의 내주 측을 향해 당해 연소통(24)을 절단한다. 이에 의해, 연소통(24)은 상하류 방향으로 3개로 분할되어, 상술한 상류 측 분할체(24U), 중간 분할체(24M) 및 하류 측 분할체(24D)가 얻어진다(통체 분할 공정 S12: 도 13).

다음에, 중간 분할체(24M)에 트로틀 링(60B)을 부착한다. 구체적으로는, 당해 중간 분할체(24M)의 내주면에 트로틀 링(60B)의 고정부(61B)를 용접 등에 의해 고정한다(트로틀 링 부착 공정 S13: 도 14).

이어서, 트로틀 링(60B)이 부착된 상태의 중간 분할체(24M)와, 상류 측 분할체(24U) 및 하류 측 분할체(24D)를 접합한다(접합 공정 S14: 도 15). 또한, 이때, 각 캐비티(70)의 상류면(71)에 개방하는 냉각 유로(31)의 개방 구멍과 하류면(72)에 개방하는 냉각 유로(31)의 개방 구멍과의 원주 방향에 있어서의 위치는 반드시 일치하고 있지 않아도 좋고, 이들이 원주 방향으로 서로 벗어나 있어도 좋다.

다음에, 상술한 바와 같이 접합된 상태의 연소통(24)에 대해, 캐비티(70)를 외주 측으로부터 덮도록 하여 덮개(90)를 부착한다(덮개 부착 공정 S15). 이에 의해, 캐비티(70) 및 냉각 유로(31)와 외부와의 기밀이 확보된다. 이상에 의해, 본 실시형태에 관한 연소기(3)의 성능 향상 방법의 전 공정이 완료된다.

이와 같은 구성 및 방법에 의하면, 일체를 이루는 연소통(24)이 상류 측 분할체(24U), 중간 분할체(24M) 및 하류 측 분할체(24D)로 분할된 후, 중간 분할체(24M)의 내주 측에 트로틀 링(60B)이 부착된다. 이에 의해, 예를 들어 이미 조립이 완료된 연소기(3)에 트로틀 링(60B)을 적용하는 경우나, 통체의 개방 구멍 단부로부터의 액세스가 어려운 영역에 트로틀 링(60B)을 적용하는 경우라도 용이하게 작업을 행할 수 있다.

또한, 상기 캐비티(70)가 형성되어 있지 않은 경우, 연소통(24)의 벽면 내부에 형성된 복수의 냉각 유로(31)끼리의 원주 방향 위치를 정확하게 일치시킬 필요가 발생하기 때문에, 작업성이 저하될 가능성이 있다. 그러나 상기 방법에 의하면, 복수의 냉각 유로(31)에 걸치도록 하여 원주 방향으로 연장되는 캐비티(70)가 형성되어 있기 때문에, 이들 냉각 유로(31)의 원주 방향 위치를 고려하지 않고 상류 측 분할체(24U), 중간 분할체(24M) 및 하류 측 분할체(24D)를 접합할 수 있다. 이에 의해, 성능이 향상된 연소기(3)를 보다 용이하게 얻을 수 있다.

게다가, 상기 중간 분할체(24M)는 상류 측 분할체(24U) 및 하류 측 분할체(24D)로부터 독립하여 이동시킬 수 있기 때문에, 예를 들어 연소기(3) 주변의 한정된 스페이스에서 상기 각 공정을 실행하는 경우에 비해 높은 작업성을 확보할 수도 있다.

이상, 본 발명의 각 실시형태에 대해 설명했다. 또한, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 한에 있어서, 상기 구성이나 방법에 여러 가지 변경을 가하는 것이 가능하다.

예를 들어, 상기 연소기(3)의 성능 향상 방법에서 설명한 각 공정에 대해, 그 적용 대상은 연소기(3)만으로 한정되는 것은 아니다. 폐쇄된 공간이 안쪽에 형성된 통체의 내주 측에 구조물을 부착하는 요청이 있는 경우라면, 어떤 장치에 대해서도 동일한 각 공정을 적용하는 것이 가능하다.

산업상 이용 가능성

본 발명에 의하면, 성능이 향상된 연소기, 및 용이하게 성능을 향상하는 것이 가능한 연소기의 성능 향상 방법을 제공할 수 있다.

1: 가스 터빈
2: 압축기
3: 연소기
5: 터빈
6: 압축기 로터
7: 압축기 케이싱
8: 압축기 동익
9: 압축기 동익단
10: 압축기 정익
11: 압축기 정익단
12: 터빈 로터
13: 터빈 케이싱
14: 터빈 동익
15: 터빈 동익단
16: 터빈 정익
17: 터빈 정익단
18: 가스 터빈 로터
19: 가스 터빈 케이싱
21: 외통
22: 노즐
23: 스월러 지지 통
24: 연소통
24A: 상류 측 반체부
24B: 하류 측 반체부
24D: 하류 측 분할체
24M: 중간 분할체
24U: 상류 측 분할체
29: 내측판
30: 외측판
31: 냉각 유로
32: 다공 영역
33: 하우징
34: 구멍부
35: 주판
36: 측판
37: 감쇄 공간
40: 음향 댐퍼
50: 슬릿
60: 트로틀 피스
60B: 트로틀 링
61: 기부
61B: 고정부
62: 피스 본체
62A: 접속부
62B: 테이퍼부
62C: 트로틀 링 본체
63: 리브
64: 공기 구멍
70: 캐비티
71: 상류면
72: 하류면
73: 저면
80: 접합부
90: 덮개
Ac: 연소기 축선
As: 축선
G: 발전기
H: 공기 구멍
S: 트로틀 면
Sb: 트로틀 면

Claims

연료를 분사하는 연료 노즐과,
상기 연료의 연소에 의해 생성된 연소 가스가 유통하는 연소 영역이 안쪽에 형성되는 통상을 이루고, 원주 방향으로 간격을 두고 당해 원주 방향으로 연장되는 복수의 슬릿이 형성된 통체와, 상기 슬릿에 끼워지는 동시에 상기 통체의 내주 측으로부터 직경 방향 안쪽으로 돌출하고, 직경 방향 바깥쪽으로부터 안쪽을 향함에 따라 상기 연소 가스의 유통 방향으로 연장되는 트로틀 면을 갖는 트로틀 피스
를 구비하는 연소기.
제1항에 있어서,
상기 통체의 외주 측에 배치되며 상기 통체의 내부와 연통하는 감쇄 공간이 안쪽에 형성된 음향 댐퍼를 구비하고,
상기 트로틀 피스는 상기 음향 댐퍼보다도 하류 측에 설치되어 있는
연소기.
연료를 분사하는 연료 노즐과,
상기 연료의 연소에 의해 생성된 연소 가스가 유통하는 연소 영역이 안쪽에 형성되는 통상을 이루는 동시에 벽면 내부에 상기 연소 가스의 유통 방향으로 연장되고, 냉각 공기가 유통하는 복수의 냉각 유로가 형성되어 있는 통체와,
상기 통체의 내주 측으로부터 직경 방향 안쪽으로 돌출하고, 직경 방향 바깥쪽으로부터 안쪽을 향함에 따라 상기 유통 방향으로 연장되는 트로틀 면을 갖는 동시에 상기 통체의 내주 측에서 원주 방향으로 연장되는 환상 트로틀 링
을 구비하고,
상기 통체의 외주면 위로서 상기 트로틀 링보다도 하류 측의 부분에는, 당해 외주면으로부터 직경 방향 안쪽을 향해 오목한 동시에 상기 복수의 냉각 유로에 걸쳐 원주 방향으로 연장되는 캐비티가 형성되고,
당해 캐비티를 직경 방향 바깥쪽으로부터 덮는 덮개를 추가로 구비하는 연소기.
연료를 분사하는 연료 노즐과,
상기 연료의 연소에 의해 생성된 연소 가스가 유통하는 연소 영역이 안쪽에 형성되는 통상을 이루는 동시에 벽면 내부에 상기 연소 가스의 유통 방향으로 연장되고, 냉각 공기가 유통하는 복수의 냉각 유로가 형성되어 있는 통체와,
상기 통체의 내주 측으로부터 직경 방향 안쪽으로 돌출하고, 직경 방향 바깥쪽으로부터 안쪽을 향함에 따라 상기 유통 방향으로 연장되는 트로틀 면을 갖는 동시에 상기 통체의 내주 측에서 원주 방향으로 연장되는 환상 트로틀 링
을 구비하고,
상기 통체의 외주면 위로서 상기 트로틀 링이 설치되는 위치를 기준으로 하여 상기 유통 방향의 양측에는, 당해 외주면으로부터 직경 방향 안쪽을 향해 오목한 동시에 상기 복수의 냉각 유로에 걸쳐 원주 방향으로 연장되는 한 쌍의 캐비티가 형성되고,
각 상기 캐비티를 직경 방향 바깥쪽으로부터 덮는 덮개를 추가로 구비하는 연소기.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 통체의 외주 측에 배치되며 상기 통체의 내부와 연통하는 감쇄 공간이 안쪽에 형성된 음향 댐퍼를 구비하고,
상기 트로틀 링은 상기 음향 댐퍼보다도 하류 측에 설치되어 있는 연소기.
벽면 내부에, 연소 가스의 유통 방향으로 연장되고, 냉각 공기가 유통하는 복수의 냉각 유로가 형성되어 있는 통체와,
상기 통체의 내주 측으로부터 직경 방향 안쪽으로 돌출하고, 직경 방향 바깥쪽으로부터 안쪽을 향함에 따라 상기 유통 방향으로 연장되는 트로틀 면을 갖는 동시에 상기 통체의 내주 측에서 원주 방향으로 연장되는 환상 트로틀 링
을 구비하는 연소기의 성능 향상 방법으로서,
상기 통체의 외주면에, 당해 외주면으로부터 직경 방향 안쪽을 향해 오목한 동시에 상기 복수의 냉각 유로에 걸쳐 원주 방향으로 연장되는 캐비티를 형성하는 공정과,
상기 통체를 상기 캐비티를 따라 상기 유통 방향으로 2개로 분할함으로써, 한 쌍의 통체 반체부를 형성하는 공정과,
상기 한 쌍의 통체 반체부 중 어느 한쪽의 통체 반체부의 내주 측에 상기 트로틀 링을 부착하는 공정과,
상기 트로틀 링이 부착된 한쪽의 상기 통체 반체부에, 다른 쪽의 상기 통체 반체부를 접합하는 공정과,
상기 캐비티를 덮는 덮개를 부착하는 공정
을 포함하는 연소기의 성능 향상 방법.
벽면 내부에, 연소 가스의 유통 방향으로 연장되고, 냉각 공기가 유통하는 복수의 냉각 유로가 형성되어 있는 통체와,
상기 통체의 내주 측으로부터 직경 방향 안쪽으로 돌출하고, 직경 방향 바깥쪽으로부터 안쪽을 향함에 따라 상기 유통 방향으로 연장되는 트로틀 면을 갖는 동시에 상기 통체의 내주 측에서 원주 방향으로 연장되는 환상 트로틀 링
을 구비하는 연소기의 성능 향상 방법으로서,
상기 통체의 외주면에, 상기 유통 방향으로 간격을 두고 배열되고, 당해 외주면으로부터 직경 방향 안쪽을 향해 오목한 동시에 상기 복수의 냉각 유로에 걸쳐 원주 방향으로 연장되는 한 쌍의 캐비티를 형성하는 공정과,
상기 통체를 한 쌍의 상기 캐비티를 따라 상기 유통 방향으로 3개로 분할함으로써, 상류 측 분할체, 중간 분할체 및 하류 측 분할체를 형성하는 공정과,
상기 중간 분할체의 내주 측에 상기 트로틀 링을 부착하는 공정과,
상기 트로틀 링이 부착된 상기 중간 분할체에 상기 상류 측 분할체 및 상기 하류 측 분할체를 각각 접합하는 공정과,
상기 한 쌍의 캐비티를 덮는 덮개를 각각 부착하는 공정
을 포함하는 연소기의 성능 향상 방법.