KR20180117160A - 가스 터빈 연소기 - Google Patents

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Abstract

연소기 내통(11) 내에 복수 배치되고, 연료와 연소용 공기가 미리 혼합된 예혼합기(Fp)에 선회류를 부여하는 스윌러 통(31)과, 복수의 스윌러 통(31)과 연소기 내통(11)의 사이에서 연소기 내통(11)에 대해 간극(41)을 두고 배치되며, 간극(41)으로부터 연소기 내통(11)에 접속된 연소기 미통(12)을 향해 분사하여 필름상의 공기(Af)를 해당 연소기 미통(12) 내에 생성하는 외측 링(15)을 구비하며, 외측 링(15)은, 외측 링(15)의 하류단(15d)에 상류측으로부터 하류측을 향하여 두께가 점차 감소하도록 형성된 테이퍼면을 가지도록 했다.

Description

가스 터빈 연소기
본 발명은, 가스 터빈 연소기에 관한 것이다.
최근, 가스 터빈용의 연소기에 있어서는, NOx의 저감 등을 도모하는 것을 목적으로 하여, 예혼합 연소 방식을 채용한 것이 많아지고 있다. 이러한, 예혼합 연소 방식을 채용한 가스 터빈 연소기에서는, 예혼합 연소를 실시하는 메인 버너(예혼합 버너)에 추가하여, 확산 연소를 실시하는 파일럿 버너를 구비하고 있다. 이것에 의해, 메인 버너가 예혼합염을 생성하기 위한 불씨로서 파일럿 버너에 의해서 생성된 확산염을 사용할 수 있기 때문에, 이 확산염을 이용하여 그 메인 버너에 의해 생성된 예혼합기를 연소시키는 것에 의해, 예혼합 연소를 가능하게 하고 있다.
일본 특허공개 제2014-92286호 공보 일본 특허공개 제2005-315457호 공보
그렇지만, 메인 버너의 출구 부근에 있어서는, 예혼합기가 그 내주면에 따르도록 흐르기 때문에, 경계층의 발달에 의해 유속이 저하한 부분이 생겨 버려서, 이 유속이 저하한 부분에, 예혼합기에 의한 연료 고농도 영역이 발생하는 경우가 있다. 이와 같이, 메인 버너의 출구 부근에, 저속이고 또한 연료 고농도인 영역이 발생하면, 이러한 영역에 대해서, 그 하류측에 생성된 화염이 불타 옮겨간다고 하는, 소위, 플래시 백(역화)이 발생할 우려가 있다.
그 때문에, 플래시 백의 발생을 억제할 수 있는 가스 터빈 연소기가 여러 가지 검토되고 있다(특허 문헌 1, 2 참조). 예를 들면, 도 4에 도시한 바와 같이, 가스 터빈 연소기(100)에서는, 파일럿 콘(121)의 직경 방향 외측에 복수 설치되고, 예혼합기(Fp)에 선회류를 부여하는 스윌러 통(131)과, 복수의 스윌러 통(131)의 직경 방향 외측에 배치되고, 연소기 내통(111)과의 사이에 간극(141)을 가져서 배치되는 외측 링(115)을 구비하며, 취입한 압축 공기를 간극(141) 내로부터 분사해서 필름상의 공기(Af)가 연소기 미통(또는 출구 외측 링)(112)의 내주면을 따라서 흐르게 되어 있다. 이것에 의해, 경계층 내의 저유속 구역인 연소기 미통(112)의 내주면을 따라서 소상하는 (벽면) 플래시 백(fb)을 방지하고 있다.
그렇지만, 상술의 가스 터빈 연소기(100)에서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 외측 링(115)의 하류측 단부(115a)가 단차가 되어 있으므로, 상기 압축 공기 및 예혼합기(Fp)가 외측 링(115)의 외주면(115c) 및 내주면(115b)을 따라서 하류측으로 흘러 가면, 압축 공기의 흐름이 외측 링(115)의 외주면(115c)로부터 박리해서 정체(S1)가 생기는 한편, 예혼합기(Fp)의 흐름이 외측 링(115)의 내주면(115b)으로부터 박리해서 정체가 생기고 있어, 이 개소에 저유속 구역이 발생한다. 그 때문에, 정체가 생긴 영역이 보염부(保炎部)가 되어, 플래시 백이 발생해 버릴 가능성이 있었다.
이상으로부터, 본 발명은, 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 간단한 구성으로, 외측 링의 하류측 단부에서의 플래시 백의 발생을 억제할 수 있는 가스 터빈 연소기를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상술한 과제를 해결하는 제 1 발명과 관련되는 가스 터빈 연소기는,
연소기 내통 내에 복수 배치되고, 연료와 연소용 공기가 미리 혼합된 예혼합기에 선회류를 부여하는 스윌러 통과,
상기 복수의 스윌러 통과 상기 연소기 내통의 사이에서 해당 연소기 내통에 대해 간극을 두고 배치되며, 상기 간극으로부터 해당 연소기 내통에 접속된 연소기 미통을 향해 분사해서 필름상의 공기를 해당 연소기 미통 내에 생성하는 외측 링을 구비하며,
상기 외측 링은, 상기 외측 링의 하류단에 상류측으로부터 하류측을 향하여 두께가 점차 감소하도록 형성된 테이퍼면을 가지는
것을 특징으로 한다.
상술한 과제를 해결하는 제 2 발명과 관련되는 가스 터빈 연소기는, 전술한 제 1 발명과 관련되는 가스 터빈 연소로서,
상기 테이퍼면은, 상기 외측 링의 내주면측에 형성되는
것을 특징으로 한다.
상술한 과제를 해결하는 제 3 발명과 관련되는 가스 터빈 연소기는, 전술한 제 1 발명과 관련되는 가스 터빈 연소기로서,
상기 테이퍼면은, 상기 외측 링의 내주면측 및 외주면측의 양쪽 모두에 형성되는
것을 특징으로 한다.
상술한 과제를 해결하는 제 4 발명과 관련되는 가스 터빈 연소기는, 전술한 제 1 발명과 관련되는 가스 터빈 연소기로서,
상기 테이퍼면은, 상기 외측 링의 외주면측에 형성되는
것을 특징으로 한다.
상술한 과제를 해결하는 제 5 발명과 관련되는 가스 터빈 연소기는, 전술한 제 1 발명 내지 제 4 발명 중 어느 한 발명과 관련되는 가스 터빈 연소기로서,
상기 테이퍼면은, 상기 외측 링의 중심 축을 따라 절단한 단면에서 곡선 형상을 이루고 있는
것을 특징으로 한다.
상술한 과제를 해결하는 제 6 발명과 관련되는 가스 터빈 연소기는, 전술한 제 1 발명 내지 제 4 발명 중 어느 한 발명과 관련되는 가스 터빈 연소기로서,
상기 테이퍼면은 직경 방향에 대해서 30도 ~ 60도의 각도를 가지는
것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 외측 링이, 상기 외측 링의 하류단에 상류측으로부터 하류측을 향하여 두께가 점차 감소하도록 형성된 테이퍼면을 가지는 것에 의해, 예혼합기 또는 압축 공기가 외측 링의 내주면 또는 외주면을 따라서 하류측으로 원활하게 흘러서, 외측 링의 하류측 단부에서의 예혼합기 또는 압축 공기의 흐름의 박리가 없어지므로, 가스 흐름의 박리에 기인해서 생기는 정체 영역이 작아진다. 이것에 의해, 간단하고 쉬운 구성으로, 외측 링의 하류측 단부에서의 플래시 백의 발생을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태와 관련되는 가스 터빈 연소기의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태와 관련되는 가스 터빈 연소기의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 ３ 실시형태와 관련되는 가스 터빈 연소기의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4는 종래의 가스 터빈 연소기의 일례를 도시하는 개략도이다.
도 5는 도 4에 있어서의 포위선 V의 확대도이다.
본 발명과 관련되는 가스 터빈 연소기의 실시형태를 도면에 근거해서 설명하지만, 본 발명은, 도면에 근거해서 설명하는 이하 실시형태에만 한정되는 것은 아니다.
［제 1 실시형태］
본 발명의 제 1 실시형태와 관련되는 가스 터빈 연소기에 대해서, 도 1을 이용하여 설명한다. 또한, 도 1에 있어서, 부호(C1)는, 연소기 내통의 중심축을 도시한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 가스 터빈 연소기(1)는, 예혼합 연소 방식을 채용한 것이며, 연료(F)와 연소용의 압축 공기(A)를 혼합시키는 연소기 내통(11)과, 이 연소기 내통(11)의 하류측 단부(후단부)에 접속된, 연소실로서의 연소기 미통(12)를 구비한다. 게다가 연소기 내통(11)의 상류측 단부(전단부)에는, 파일럿 버너(13)와 복수의 메인 버너(예혼합 버너)(14)가 수납되어 있다.
파일럿 버너(13)는, 연소기 내통(11)과 동일 축상에 배치되어 있고, 파일럿 콘(21), 파일럿 노즐(22), 파일럿 스윌러(23)로 구성되어 있다. 파일럿 콘(21) 내에는, 파일럿 노즐(22)이, 그 파일럿 콘(21)과 동일 축이 되도록 삽입되어 있다. 파일럿 콘(21)의 내주면과 파일럿 노즐(22)의 외주면과의 사이에는, 파일럿 스윌러(23)가 개재되어 있다.
메인 버너(14)는, 파일럿 버너(13)의 직경 방향 외측에서, 연소기 내통(11)의 둘레 방향으로 등 각도 간격으로 설치되어 있고, 스윌러 통(31), 메인 노즐(예혼합 노즐)(33), 메인 스윌러(34)로 구성되어 있다. 스윌러 통(31) 내에는, 메인 노즐(33)이, 그 스윌러 통(31)과 동일 축이 되도록 삽입되어 있다. 그리고, 스윌러 통(31)의 내주면과 메인 노즐(33)의 외주면과의 사이에는, 메인 스윌러(34)가 개재되어 있다. 스윌러 통(31)은, 기판(35)을 거쳐서 연소기 내통(11)의 내주면에 지지되어 있다.
상술한 가스 터빈 연소기(1)는, 복수의 스윌러 통(31)과 연소기 내통(11)의 사이에 연소기 내통(11)에 대해 간극(41)을 두고 연소기 내통(11)과 동일 축 상에 배치되는 외측 링(15)을 추가로 갖는다. 외측 링(15)은, 용접 등의 고정구를 거쳐서, 복수의 메인 버너(14)의 각각에 설치되는 스윌러 통(31)의 외주면에 지지되어 있다. 외측 링(15)은, 그 하류측에서, 내주면(내경부)(15b)측에 설치되고, 상류측으로부터 하류측을 향하여 두께가 점차 감소하는 내주면측 테이퍼면(15ba)을 갖는다. 즉, 외측 링(15)은, 외측 링(15)의 하류단(15d)에 내주면측 테이퍼면(15ba)을 갖는다. 내주면측 테이퍼면(15ba)의 하류측은, 외측 링(15)의 하류측 단부(15a)와 접속하고 있다. 이것에 의해, 외측 링(15)의 내주면(15b)을 따라서 하류측으로 안내되는 예혼합기(Fp)는, 내주면측 테이퍼면(15ba)에 의해 하류측으로 원활하게 고유속으로 흐르게 된다.
이어서, 가스 터빈 연소기(1)의 운전시에 있어서의 각 동작에 대해 설명한다.
가스 터빈 연소기(1)의 운전시에 있어서는, 고온·고압의 압축 공기(A)가, 연소기 내통(11)의 상류측 단부에 유입된 후, 파일럿 버너(13) 내 및 메인 버너(14) 내에 공급됨과 동시에, 연료(F)가 그러한 파일럿 노즐(22) 내 및 메인 노즐(33) 내에 공급된다.
여기서, 파일럿 버너(13) 내에서는, 우선, 공급된 압축 공기(A)가, 파일럿 스윌러(23)에 의해서 선회되는 것에 의해, 파일럿 노즐(22)로부터 분사된 연료(F)와 혼합된다. 이어서, 이와 같이 혼합된 연료 혼합기에 대해서 착화를 행하는 것에 의해, 파일럿 콘(21)의 내부 및 하류측(연소기 미통(12)의 내부)에서 확산 연소가 행해진다. 그리고, 그 확산 연소에 의해서 발생한 연소 가스는, 연소기 미통(12)의 내부에서, 터빈 측으로 공급된다.
한편, 메인 버너(14) 내에서는, 우선, 공급된 압축 공기(A)가, 메인 스윌러(34)에 의해서 선회되는 것에 의해, 메인 노즐(33)으로부터 분사된 연료(F)와 혼합되어 예혼합기(Fp)가 생성된다. 이어서, 선회한 예혼합기(Fp)는, 외측 링(15)과 파일럿 콘(21)에서 하류측으로 안내되어 연소기 미통(12) 내로 향해서 공급된다. 이 때, 외측 링(15)의 내주면(15b)을 따라서 하류측으로 안내되는 예혼합기(Fp)는, 내주면측 테이퍼면(15ba)에 의해 하류측으로 원활하게 흐르게 된다. 그 후, 연소기 미통(12) 내에 공급된 예혼합기(Fp)는, 파일럿 버너(13)에 의해 생성된 확산염에 의해서 연소되어 예혼합 연소가 행해진다.
이 때, 상술한 바와 같은, 가스 터빈 연소기(1)의 운전시에 있어서는, 메인 버너(14)의 주위에도, 압축 공기(A)가 공급되고 있기 때문에, 항상, 그 압축 공기(A)는, 연소기 내통(11)의 내주면(11a)과 외측 링(15)의 외주면(15c) 사이의 간극(공기 통로)(41)을 거쳐서 연소기 미통(12) 내에 취입되고 있다. 즉, 압축 공기(A)가 간극(41)을 통과해 연소기 미통(12) 내에 분사되는 것에 의해, 필름상의 공기(이하, 필름 공기라 함)(Af)가 되고, 이 필름 공기(Af)가 연소기 미통(12)의 내주면을 따라서 그 하류측을 향하여 흐르게 된다.
따라서, 본 실시형태와 관련되는 가스 터빈 연소기(1)에 의하면, 복수의 스윌러 통(31)과 연소기 내통(11)의 사이에서, 연소기 내통(11)에 대해 간극(41)을 두고 배치되며, 간극(41)으로부터 연소기 내통(11)에 접속된 연소기 미통(12)을 향해 분사해서 필름 공기(Af)를 연소기 미통(12) 내에 생성하는 외측 링(15)을 구비하며, 외측 링(15)이, 해당 외측 링(15)의 하류단(15d)에 상류측으로부터 하류측을 향하여 두께가 점차 감소하도록 내주면(15b)측에 형성된 내주면측 테이퍼면(15ba)을 가지는 것에 의해, 외측 링(15)의 내주면(15b)을 따라서 하류측으로 안내되는 예혼합기(Fp)가 내주면측 테이퍼면(15ba)에 의해 상류측으로부터 하류측을 향하여 원활하게 고유속으로 흐르게 되어, 외측 링(15)의 하류측 단부(15a)에서의 예혼합기(Fp)의 흐름의 박리가 없어져서, 가스 흐름의 박리에 기인하여 생기는 정체 영역이 작아진다. 이것에 의해, 간단한 구성으로, 외측 링(15)의 하류측 단부(15a)에서의 플래시 백의 발생이 억제된다. 또, 예혼합기(Fp)가 필름 공기(Af)에 의해 혼합 촉진되므로, 저 NOx화를 기대할 수 있다. 따라서, 연소가 안정되어, 연소 효율의 저하가 억제된다.
또, 내주면측 테이퍼면(15ba)은, 직경 방향에 대해서 30도 ~ 60도 범위의 각도(θ1)를 가지는 것이 바람직하다. 이것은, 외측 링(15)의 내주면(15b)을 따라서 하류측에 안내되는 예혼합기(Fp)가 보다 원활하게 하류측으로 흐르기 때문이다.
［제 2 실시형태］
본 발명의 제 2 실시형태와 관련되는 가스 터빈 연소기에 대해서, 도 2를 이용해서 설명한다.
덧붙여 본 실시형태는, 외측 링만을 변경한 것으로, 그 이외는, 상술한 제 1 실시형태와 관련되는 가스 터빈 연소기와 동일 부재를 구비한다. 본 실시형태에서는, 상술의 제 1 실시형태와 관련되는 가스 터빈 연소기와 동일 부재에 대해서는 동일 부호를 부기하고 그 설명을 적당히 생략한다. 도 2에서는, 가스 터빈 연소기의 상반분의 내부 구조만을 도시한다.
본 실시형태와 관련되는 가스 터빈 연소기(1A)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 상술한 제 1 실시형태와 관련되는 가스 터빈 연소기(1)와 마찬가지로, 연소기 내통(11) 내에 수용되는 파일럿 버너(13) 및 메인 버너(14)와, 연소기 내통(11)에 접속된 연소기 미통(12)을 구비하는 동시에, 메인 버너(14)의 복수의 스윌러 통(31)과 연소기 내통(11)의 사이에서 연소기 내통(11)의 내주면(11a)에 대해 간극(41)을 두고 연소기 내통(11)과 동일 축 상에 배치되는 외측 링(15A)을 구비한다. 덧붙여 외측 링(15A)은, 외측 링(15)과 마찬가지로, 용접 등의 고정구를 거쳐서, 복수의 메인 버너(14)의 각각에 설치되는 스윌러 통(31)의 외주면에 지지되어 있다.
외측 링(15A)은, 그 하류측에서, 상류측으로부터 하류측을 향하여 두께가 점차 감소하도록 형성된 내주면측 테이퍼면(15Aba) 및 외주면측 테이퍼면(15Aca)를 갖는다. 즉, 외측 링(15A)은, 외측 링(15A)의 하류단(15Ad)에 내주면측 테이퍼면(15Aba) 및 외주면측 테이퍼면(15Aca)을 갖는다. 내주면측 테이퍼면(15Aba)은, 외측 링(15A)의 내주면(내경부)(15Ab) 측에 형성된다. 외주면측 테이퍼면(15Aca)은 외측 링(15A)의 외주면(외경부)(15Ac)측에 형성된다. 내주면측 테이퍼면(15Aba)은, 외주면(15Ac)측을 향하여 돌출하는 곡면 형상을 이루고 있다. 외주면측 테이퍼면(15Aca)은, 내주면(15Ab)측을 향하여 돌출하는 곡면 형상을 이루고 있다. 즉, 내주면측 테이퍼면(15Aba) 및 외주면측 테이퍼면(15Aca)은 외측 링(15A)의 중심 축을 따라 절단한 단면에서 곡선 형상을 이루고 있다. 또, 내주면측 테이퍼면(15Aba) 및 외주면측 테이퍼면(15Aca)의 하류측은, 외측 링(15A)의 하류측 단부(15Aa)와 접속하고 있다. 이것에 의해, 외측 링(15A)의 내주면(15Ab)을 따라서 하류측으로 안내되는 예혼합기(Fp)는, 내주면측 테이퍼면(15Aba)에 의해 하류측으로 원활하게 고유속으로 흐르게 된다. 외측 링(15A)의 외주면(15Ac)을 따라서 하류측으로 안내되는 압축 공기(A)는 외주면측 테이퍼면(15Aca)에 의해 하류측으로 원활하게 고유속으로 흐르게 된다.
따라서, 본 실시형태와 관련되는 가스 터빈 연소기(1A)에 의하면, 복수의 스윌러 통(31)과 연소기 내통(11)의 사이에서, 연소기 내통(11)에 대해 간극(41)을 두고 배치되며, 간극(41)으로부터 연소기 내통(11)에 접속된 연소기 미통(12)을 향해서 분사하여 필름 공기(Af)를 연소기 미통(12) 내에 생성하는 외측 링(15A)을 구비하고, 외측 링(15A)이, 해당 외측 링(15A)의 하류단(15Ad)에 상류측으로부터 하류측을 향하여 두께가 점차 감소하도록 내주면(15Ab)측 및 외주면(15Ac)측의 각각에 형성된 내주면측 테이퍼면(15Aba) 및 외주면측 테이퍼면(15Aca)을 가지는 것에 의해, 외측 링(15A)의 내주면(15Ab)을 따라서 하류측으로 안내되는 예혼합기(Fp)가 내주면측 테이퍼면(15Aba)에 의해 상류측으로부터 하류측을 향하여 원활하게 고유속으로 흐르게 되는 한편, 외측 링(15A)의 외주면(15Ac)을 따라서 하류측으로 안내되는 압축 공기(A)가 외주면측 테이퍼면(15Aca)에 의해 상류측으로부터 하류측을 향하여 원활하게 고유속으로 흐르게 된다. 이것에 의해, 외측 링(15A)의 하류측 단부(15Aa)에서의 예혼합기(Fp)의 흐름의 박리와 압축 공기(A)의 흐름의 박리가 없어져서, 가스 흐름의 박리에 기인하여 발생하는 정체 영역이 작아진다. 그 결과, 간단한 구성으로, 외측 링(15A)의 하류측 단부(15Aa)에서의 플래시 백의 발생이 억제된다. 예혼합기(Fp)가 필름 공기(Af)에 의해 혼합 촉진되므로, 저 NOx화를 기대할 수 있다. 게다가 예혼합기(Fp)의 외향 흐름이 없기 때문에, 연소기 미통(12)의 내벽에 예혼합기(Fp)가 흐르기 어려워, 벽면 경계층에서 발생하는 플래시 백의 억제도 기대할 수 있다. 따라서, 연소가 안정되어, 연소 효율의 저하가 억제된다.
또, 내주면측 테이퍼면(15Aba) 및 외주면측 테이퍼면(15Aca)이 외측 링(15A)의 중심 축을 따라 절단한 단면에서 곡선 형상을 이루고 있기 때문에, 이들 개소가 외측 링(15A)의 중심 축을 따라 절단한 단면에서 직선인 경우와 비교해서, 예혼합기(Fp) 및 압축 공기(A)가 보다 원활하게 흐르게 된다. 이것에 의해, 가스 흐름의 박리에 기인하여 외측 링(15A)의 하류측 단부(15Aa)에 생기는 정체 영역이, 테이퍼면이 외측 링(15A)의 중심 축을 따라 절단한 단면에서 직선인 경우와 비교해서 더욱 작아진다. 그 결과, 간단한 구성으로, 외측 링(15A)의 하류측 단부(15Aa)에서의 플래시 백의 발생이 보다 억제된다. 따라서, 연소가 보다 안정되어, 연소 효율의 저하가 보다 억제된다.
［제 ３ 실시형태］
본 발명의 제 ３ 실시형태와 관련되는 가스 터빈 연소기에 대해서, 도 3을 이용하여 설명한다.
덧붙여 본 실시형태는, 외측 링만을 변경한 것으로, 그 이외는, 상술한 제 1 실시형태와 관련되는 가스 터빈 연소기와 동일 부재를 구비한다. 본 실시형태에서는, 상술의 제 1 실시형태와 관련되는 가스 터빈 연소기와 동일 부재에 대해서는 동일 부호를 부기하고 그 설명을 적당히 생략한다. 도 3에서는, 가스 터빈 연소기의 상반분의 내부 구조만을 도시한다.
본 실시형태와 관련되는 가스 터빈 연소기(1B)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 상술한 제 1 실시형태와 관련되는 가스 터빈 연소기(1)와 마찬가지로, 연소기 내통(11) 내에 수용되는 파일럿 버너(13) 및 메인 버너(14)와, 연소기 내통(11)에 접속된 연소기 미통(12)을 구비함과 동시에, 메인 버너(14)의 복수의 스윌러 통(31)과 연소기 내통(11)의 사이에 연소기 내통(11)의 내주면(11a)에 대해 간극(41)을 두고 연소기 내통(11)과 동일 축 상에 배치되는 외측 링(15B)을 구비한다. 덧붙여 외측 링(15B)은, 외측 링(15)과 마찬가지로, 용접 등의 고정구를 거쳐서, 복수의 메인 버너(14)의 각각에 설치되는 스윌러 통(31)의 외주면에 지지되어 있다.
외측 링(15B)은, 그 하류측에서, 상류측으로부터 하류측을 향하여 두께가 점차 감소하도록 형성된 외주면측 테이퍼면(15Bca)을 갖는다. 즉, 외측 링(15B)은 외측 링(15B)의 하류단(15Bd)에 외주측 테이퍼면(15Bca)을 갖는다. 외주면측 테이퍼면(15Bca)은, 외측 링(15B)의 외주면(외경부)(15Bc)측에 형성된다. 또, 외주면측 테이퍼면(15Bca)의 하류측은 외측 링(15B)의 하류측 단부(15Ba)와 접속하고 있다. 이것에 의해, 외측 링(15B)의 외주면(15Bc)을 따라서 하류측으로 안내되는 압축 공기(A)는, 외주면측 테이퍼면(15Bca)에 의해 하류측으로 원활하게 고유속으로 흐르게 된다. 덧붙여 외측 링(15B)의 내주면(15Bb)을 따라서 하류측으로 안내되는 예혼합기(Fp)는, 그대로 연소기 미통(12) 내로 공급되게 된다.
따라서, 본 실시형태와 관련되는 가스 터빈 연소기(1B)에 의하면, 복수의 스윌러 통(31)과 연소기 내통(11)의 사이에서, 연소기 내통(11)에 대해 간극(41)을 두고 배치되며, 간극(41)으로부터 연소기 내통(11)에 접속된 연소기 미통(12)을 향해서 분사하여 필름 공기(Af)를 연소기 미통(12) 내에 생성하는 외측 링(15B)을 구비하며, 외측 링(15B)이, 해당 외측 링(15B)의 하류단(15Bd)에 상류측으로부터 하류측을 향하여 두께가 점차 감소하도록 외주면(15Bc)측에 형성된 외주면측 테이퍼면(15Bca)을 가지는 것에 의해, 외측 링(15B)의 외주면(15Bc)을 따라서 하류측으로 안내되는 압축 공기(A)가 외주면측 테이퍼면(15Bca)에 의해 상류측으로부터 하류측을 향하여 원활하게 고유속으로 흐르게 된다. 이것에 의해, 외측 링(15B)의 하류측 단부(15Ba)에서의 압축 공기(A)의 흐름의 박리가 없어져서, 가스 흐름의 박리에 기인하여 생기는 정체 영역이 작아진다. 그 결과, 간단한 구성으로, 외측 링(15B)의 하류측 단부(15Ba)에서의 플래시 백의 발생이 억제된다. 예혼합기(Fp)의 외부로 향한 흐름이 없고, 연소기 미통(12)의 내벽에는 연료의 혼합이 적은 필름 공기(Af)가 흐르고 있기 때문에, 벽면 경계층에서 발생하는 플래시 백의 억제도 기대할 수 있다. 따라서, 연소가 안정되어, 연소 효율의 저하가 억제된다.
또, 외주면측 테이퍼면(15Bca)은, 직경 방향에 대해서 30도 ~ 60도 범위의 각도(θ3)를 가지는 것이 바람직하다. 이것은, 외측 링(15B)의 외주면(15Bc)을 따라서 하류측으로 안내되는 압축 공기(A)가 보다 원활하게 하류측으로 흐르기 때문이다.
［다른 실시형태］
상술한 가스 터빈 연소기(1A)를 상술한 제 1, 제３ 실시형태와 관련되는 가스 터빈 연소기(1, 1B)에 적용하고 내주면측 테이퍼면 또는 외주면측 테이퍼면 또는 이들 양쪽 모두를 곡면 형상으로 한 가스 터빈 연소기로 하는 것도 가능하다. 이러한 가스 터빈 연소기에서도, 상술의 가스 터빈 연소기(1A)와 같은 동일한 작용효과를 낸다.
상술한 가스 터빈 연소기(1, 1B)를 조합하고, 내주면측 테이퍼면 및 외주면측 테이퍼면이 내주면 및 외주면의 각기 형성된 외측 링을 구비하는 가스 터빈 연소기로 하는 것도 가능하다. 이러한 가스 터빈 연소기에서도, 상술한 가스 터빈 연소기(1, 1B)와 동일한 작용 효과를 낸다.
상술한 가스 터빈 연소기(1, 1A, 1B)를, 파일럿 콘의 하류측 단부보다 가스의 유통 방향 하류측으로 하류측 단부가 연재한 형상을 이루는 외측 링을 구비하는 가스 터빈 연소기에 적용하는 것도 가능하다. 이러한 가스 터빈 연소기에서도, 상술한 가스 터빈 연소기(1, 1A, 1B)와 동일한 작용 효과를 낸다.
상술한 가스 터빈 연소기(1, 1A, 1B)를, 복수의 메인 버너(14)의 스윌러 통(31)의 각각에 연장관이 마련된 가스 터빈 연소기나 외측 링과 연소기 내통(연소기 미통)의 사이에 출구 외측 링이 배치된 가스 터빈 연소기에 적용하는 것도 가능하다. 이러한 가스 터빈 연소기에서도, 상술한 가스 터빈 연소기(1, 1A, 1B)와 동일한 작용 효과를 낸다.
산업상의 이용 가능성
본 발명과 관련되는 가스 터빈 연소기는, 간단한 구성으로, 외측 링의 하류측 단부에서의 플래시 백의 발생을 억제할 수 있으므로, 산업상, 극히 유익하게 이용할 수 있다.
1, 1A, 1B 가스 터빈 연소기
11 연소기 내통
12 연소기 미통
13 파일럿 버너
14 메인 버너
15, 15A, 15B 외측 링
15a, 15Aa, 15Ba 하류측 단부
15b, 15Ab, 15Bb 내주면
15ba, 15Aba 내주면측 테이퍼면
15c, 15Ac, 15Bc 외주면
15Aca, 15Bca 외주면측 테이퍼면
15d, 15Ad, 15Bd 하류단
21 파일럿 콘
22 파일럿 노즐
23 파일럿 스윌러
31 스윌러 통
33 메인 노즐
34 메인 스윌러
35 기판
41 간극(공기 흐름 통로)
A 압축 공기
Af 필름 공기
C1 연소기 내통의 중심축
C2 연소기 내통의 중심축
F 연료
Fp 예혼합기
θ1 내주면측 테이퍼면의 각도
θ3 외주면측 테이퍼면의 각도

Claims (6)

  1. 연소기 내통 내에 복수 배치되고, 연료와 연소용 공기가 미리 혼합된 예혼합기에 선회류를 부여하는 스윌러 통과,
    상기 복수의 스윌러 통과 상기 연소기 내통의 사이에서 해당 연소기 내통에 대해 간극을 두고 배치되며, 상기 간극으로부터 해당 연소기 내통에 접속된 연소기 미통을 향해 분사해서 필름상의 공기를 해당 연소기 미통 내에 생성하는 외측 링을 구비하며,
    상기 외측 링은, 상기 외측 링의 하류단에 상류측으로부터 하류측을 향하여 두께가 점차 감소하도록 형성된 테이퍼면을 가지는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈 연소기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 테이퍼면은 상기 외측 링의 내주면측에 형성되는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈 연소기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 테이퍼면은 상기 외측 링의 내주면측 및 외주면측의 양방에 형성되는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈 연소기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 테이퍼면은 상기 외측 링의 외주면측에 형성되는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈 연소기.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 테이퍼면은 상기 외측 링의 중심 축을 따라 절단한 단면에서 곡선 형상을 이루고 있는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈 연소기.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 테이퍼면은 직경 방향에 대해서 30도 ~ 60도의 각도를 가지는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈 연소기.
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