KR20190048907A - 연료 노즐 조립체, 이를 포함하는 연소기 및 가스 터빈 - Google Patents

연료 노즐 조립체, 이를 포함하는 연소기 및 가스 터빈 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 연료 노즐 조립체는 복수의 연료 노즐; 각 연료 노즐의 일부가 삽입되는 복수의 슬롯을 구비하며, 연료 노즐을 지지하는 냉각 캡; 및 연료 노즐과 슬롯의 접합면 사이에 삽입되는 완충부;를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면 연소기의 고온 분위기에 의해 연료 노즐의 부품들이 열팽창하더라도 이를 수용할 수 있으며, 연소 시에 발생하는 진동의 댐핑하는 효과가 있다. 또한 본 발명의 실시예들에 따르면 연료 노즐을 연소기로부터 용이하게 탈부착할 수 있다.

Description

연료 노즐 조립체, 이를 포함하는 연소기 및 가스 터빈{FUEL NOZZLE ASSEMBLY, COMBUSTOR AND GAS TURBINE HAVING THE SAME}
본 발명은 연료 노즐 조립체, 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈에 관한 것이다.
가스 터빈은 압축기에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소시키고, 연소로 발생된 고온의 가스로 터빈을 회전시키는 동력 기관이다. 가스 터빈은 발전기, 항공기, 선박, 기차 등을 구동하는데 사용된다.
일반적으로 가스 터빈은 압축기, 연소기 및 터빈을 포함한다. 압축기는 외부 공기를 흡입하여 압축한 후 연소기로 전달한다. 압축기에서 압축된 공기는 고압 및 고온의 상태가 된다. 연소기는 압축기로부터 유입된 압축 공기와 연료를 혼합해서 연소시킨다. 연소로 인해 발생된 연소 가스는 터빈으로 배출된다. 연소 가스에 의해 터빈 내부의 터빈 블레이드가 회전하게 되며, 이를 통해 동력이 발생된다. 발생된 동력은 발전, 기계 장치의 구동 등 다양한 분야에 사용된다.
대한민국 공개특허 10-2006-0096319호 (명칭 : 캔형 연소기)
본 발명의 일측면은 연소 시에 발생하는 열팽창이나 진동에 의한 영향을 최소화할 수 연료 노즐 조립체, 이를 포함하는 연소기 및 가스 터빈을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 노즐 조립체는 복수의 연료 노즐; 각 연료 노즐의 일부가 삽입되는 복수의 슬롯을 구비하며, 연료 노즐을 지지하는 냉각 캡; 및 연료 노즐과 슬롯의 접합면 사이에 삽입되는 완충부;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 노즐 조립체에 있어서, 연료 노즐은, 일 방향으로 연장 형성되어 연소실에 연료 유체를 공급하는 주입 실린더; 주입 실린더와 이격되어 주입 실린더를 길이 방향으로 둘러싸며, 내벽과 주입 실린더 사이에 유로를 형성하는 슈라우드;를 포함할 수 있다. 완충부는 슈라우드의 외주면과 슬롯의 접합면 사이에 삽입될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 노즐 조립체에 있어서, 완충부는 연료 유체 흐름 방향의 하류 측에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 노즐 조립체에 있어서, 완충부는 복수개로 마련되어 슈라우드의 둘레를 따라 환형으로 배열될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 노즐 조립체에 있어서, 완충부는 하나의 굴곡진 판재로 형성되되, 두 접합면 중 한 면에 고정되는 고정부; 고정부로부터 타면을 향해 돌출되어 타면에 접하는 볼록부;를 포함할 수 있다.
여기서, 완충부는 볼록부가 연속적으로 배열되며, 볼록부 사이에 볼록부와 반대방향으로 돌출되는 오목부를 포함할 수 있다.
여기서, 볼록부에 접하는 접합면은 볼록부에 대응하여 함몰 형성된 리세스부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 노즐 조립체에 있어서, 완충부는 연료 노즐과 슬롯 사이에 탄성적으로 접합할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 노즐 조립체에 있어서, 완충부는 접합면에 교차방향으로 배치되는 코일 스프링 또는 판 스프링일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소기는, 연료 유체가 연소하는 연소실을 포함하는 연소실 조립체; 및 연소실로 연료 유체를 분사하는 연료 노즐 조립체;를 포함한다. 연료 노즐 조립체는, 복수의 연료 노즐; 각 연료 노즐의 일부가 삽입되는 복수의 슬롯을 구비하며, 연료 노즐을 지지하는 냉각 캡; 및 연료 노즐과 슬롯의 접합면 사이에 삽입되는 완충부;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소기에 있어서, 연료 노즐은, 일 방향으로 연장 형성되어 연소실에 연료 유체를 공급하는 주입 실린더; 주입 실린더와 이격되어 주입 실린더를 길이 방향으로 둘러싸며, 내벽과 주입 실린더 사이에 유로를 형성하는 슈라우드;를 포함한다. 완충부는 슈라우드의 외주면과 슬롯의 접합면 사이에 삽입된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소기에 있어서, 완충부는 복수개로 마련되어 슈라우드의 둘레를 따라 환형으로 배열될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소기에 있어서, 완충부는 하나의 굴곡진 판재로 형성되되, 두 접합면 중 한 면에 고정되는 고정부; 고정부로부터 타면을 향해 돌출되어 타면에 접하는 볼록부;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소기에 있어서, 완충부는 볼록부가 연속적으로 배열되며, 볼록부 사이에 볼록부와 반대방향으로 돌출되는 오목부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈은, 유입되는 공기를 압축하는 압축기; 압축기에서 압축된 공기와 연료를 혼합하여 연소시키는 연소기; 및 연소기에서 연소된 가스로 동력을 발생시키는 터빈;을 포함한다. 연소기는, 연료 유체가 연소하는 연소실을 포함하는 연소실 조립체; 및 연소실로 연료 유체를 분사하는 연료 노즐 조립체;를 포함한다. 연료 노즐 조립체;는, 복수의 연료 노즐; 각 연료 노즐의 일부가 삽입되는 복수의 슬롯을 구비하며, 연료 노즐을 지지하는 냉각 캡; 및 연료 노즐과 슬롯의 접합면 사이에 삽입되는 완충부;를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면 연소기의 고온 분위기에 의해 연료 노즐의 부품들이 열팽창하더라도 이를 수용할 수 있으며, 연소 시에 발생하는 진동의 댐핑하는 효과가 있다. 또한 본 발명의 실시예들에 따르면 연료 노즐을 연소기로부터 용이하게 탈부착할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부가 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연소기가 도시된 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 노즐 조립체를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3의 절단선 A-A를 따라 절단한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 노즐 조립체의 횡단면도이다.
도 5 내지 도 8은 도 4의 B 영역을 나타내는 확대도이다.
도 9은 도 5에 도시된 완충부를 나타내는 사시도이다.
도 10은 도 6에 도시된 완충부를 나타내는 사시도이다.
도 11는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 노즐 조립체를 나타내는 사시도이다.
도 12 내지 도 14는 도 9의 절단선 C - C를 따라 절단한 종단면도이다.
이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 연료 노즐, 이를 포함하는 연소기 및 가스 터빈에 관하여 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, “~상에”라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연소기를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈은 유입되는 공기를 고압으로 압축하는 압축기(10), 압축기로부터 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소하는 연소기(20) 및 연소기에서 발생한 연소 가스로 회전력을 발생시키는 터빈(30)을 포함한다. 본 명세서에서는 연료 또는 공기 흐름의 선후를 기준으로 상류 및 하류를 규정하도록 한다.
가스 터빈의 열역학적 사이클은 이상적으로는 브레이튼 사이클(Brayton cycle)을 따를 수 있다. 브레이튼 사이클은 등엔트로피 압축(단열 압축), 정압 급열, 등엔트로피 팽창(단열 팽창), 정압 방열로 이어지는 4가지 과정으로 구성된다. 즉, 대기의 공기를 흡입하여 고압으로 압축한 후 정압 환경에서 연료를 연소하여 열에너지를 방출하고, 이 고온의 연소가스를 팽창시켜 운동에너지로 변환시킨 후에 잔여 에너지를 담은 배기가스를 대기 중으로 방출한다. 즉, 압축, 가열, 팽창, 방열의 4 과정으로 사이클이 이루어진다. 본 발명의 설명은 도 1에 예시적으로 도시된 가스 터빈과 동등한 구성을 가진 터빈 기관에 대해서도 폭넓게 적용될 수 있다.
가스 터빈의 압축기(10)는 공기를 흡입하여 압축하는 역할을 하는 부분으로서, 연소기(20)에 연소용 공기를 공급하는 한편 가스 터빈에서 냉각이 필요한 고온 영역에 냉각용 공기를 공급하는 역할을 한다. 흡입된 공기는 압축기(10)에서 단열압축 과정을 거치게 되므로, 압축기(10)를 통과하는 공기의 압력과 온도는 올라가게 된다.
가스 터빈을 구성하는 압축기(10)는 보통 원심 압축기(centrifugal compressors)나 축류 압축기(axial compressor)로 설계될 수 있는데, 소형 가스 터빈에서는 원심 압축기가 적용되는 반면, 대형 가스 터빈은 대량의 공기를 압축해야 하기 때문에 도 1에 도시된 바와 같이 다단 축류형 압축기가 적용되는 것이 일반적이다.
압축기(10)는 터빈(30)에서 출력되는 동력의 일부를 사용하여 구동된다. 이를 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(10)의 회전축과 터빈(30)의 회전축은 직결된다.
연소기(20)는 압축기(10)의 출구로부터 공급되는 압축 공기를 연료와 혼합하여 등압 연소시켜 높은 에너지의 연소가스를 만들어낸다.
연소기(20)는 압축기(10)의 하류에 배치되며, 회전축을 중심으로 환형으로 배치되는 복수개의 버너 모듈(21)을 포함한다. 버너 모듈(21)은 연료 유체가 연소하는 연소실(240)을 포함하는 연소실 조립체(22); 및 연소실(240)로 연료 유체를 분사하는 복수의 연료 노즐을 포함하는 연료 노즐 조립체(23);를 포함할 수 있다.
가스 터빈에는 가스 연료와 액체 연료, 또는 이들이 조합된 복합 연료가 사용될 수 있는데, 본 발명에서의 연료 유체는 이들을 의미한다. 법적 규제 대상이 되는 일산화탄소와 질소산화물 등의 배출가스 양을 저감하기 위한 연소 환경을 만드는 것이 중요한데, 연소 제어가 상대적으로 어렵지만 연소 온도를 낮추고 균일한 연소를 만들어 배출가스를 줄일 수 있다는 장점이 있어 근래에는 예혼합 연소가 많이 적용된다.
예혼합 연소의 경우에는 연료 노즐 조립체(23)에서 압축기(10)로부터 유입된 압축 공기와 연료가 혼합된 후, 연소실(240) 안으로 들어간다. 예혼합 가스의 최초 점화는 점화기를 이용하여 이루어지며, 이후 연소가 안정되면 연료와 공기를 공급하는 것으로 연소는 유지된다.
연료 노즐 조립체(23)는 연료 유체를 분사하는 복수의 연료 노즐(100)을 포함하는데, 연료 노즐(100)은 연료가 공기와 적절한 비율로 혼합되어 연소에 적합한 상태를 이룰 수 있도록 한다. 연료 노즐(100) 및 연료 노즐 조립체(23)에 대한 자세한 설명은 후술한다.
연소실 조립체(22)는 연소가 이루어지는 공간인 연소실(240)을 구비하는데, 라이너(250) 및 트랜지션 피스(260)를 포함한다.
라이너(liner, 250)는 연료 노즐 조립체(23)의 하류측에 배치되며, 이너 라이너와 아우터 라이너의 이중 구조로 이루어질 수 있다. 즉, 이너 라이너를 아우터 라이너가 둘러싸는 이중 구조로 이루어질 수 있다. 이때, 이너 라이너는 내부가 빈 관형 부재로서, 연소실(240)을 이룬다. 압축 공기는 아우터 라이너 안쪽의 환형 공간 내부로 침투하여 이너 라이너를 냉각시킬 수 있다.
한편, 라이너(250)의 하류 측에는 트랜지션 피스(transition piece, 260)가 위치하는데, 트랜지션 피스(260)는 연소실(240)에서 발생한 연소 가스를 터빈(30)으로 고속으로 내보낼 수 있다. 트랜지션 피스(260)는 이너 트랜지션 피스와 아우터 트랜지션 피스의 이중 구조로 이루어질 수 있다. 즉, 이너 트랜지션 피스를 아우터 트랜지션 피스가 둘러싸는 이중 구조로 이루어질 수 있다. 이 때, 이너 트랜지션 피스도 이너 라이너와 마찬가지로 내부가 빈 관형 부재로 형성되며, 라이너(250)에서 터빈(30) 측으로 갈수록 직경이 점점 작아지는 형상으로 이루어질 수 있다.
이 때, 이너 라이너와 이너 트랜지션 피스는 플레이트 스프링 씰(미도시)에 의해 서로 결합될 수 있다. 이너 라이너와 이너 트랜지션 피스의 각 단부는 연소기(20)와 터빈(30) 측에 각각 고정되기 때문에, 플레이트 스프링 씰은 열팽창에 의한 길이 및 직경의 신장을 수용할 수 있는 구조로 이너 라이너와 이너 트랜지션 피스를 지지할 수 있다.
본 실시예에 따른 가스 터빈은, 이너 라이너와 이너 트랜지션 피스를 아우터 라이너와 아우터 트랜지션 피스가 감싸는 구조로 되어 있고, 이너 라이너와 아우터 라이너 사이의 환형 공간과 이너 트랜지션 피스와 아우터 트랜지션 피스 사이의 환경 공간 안으로 압축 공기가 침투할 수 있다. 이와 같은 환형 공간을 침투한 압축 공기는 이너 라이너와 이너 트랜지션 피스를 냉각시킬 수 있다.
한편, 연소기(20)에서 생산된 고온, 고압의 연소 가스는 라이너(250) 및 트랜지션 피스(260)를 통해 터빈(30)으로 공급된다. 터빈(30)에서는 연소 가스가 단열 팽창하면서 터빈(30)의 회전축에 방사상으로 배치된 다수의 블레이드에 충돌, 반동력을 줌으로써 연소가스의 열에너지가 회전축이 회전하는 기계적인 에너지로 변환된다. 터빈(30)에서 얻은 기계적 에너지의 일부는 압축기에서 공기를 압축하는데 필요한 에너지로 공급되며, 나머지는 발전기를 구동하여 전력을 생산하는 등의 유효 에너지로 활용된다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 노즐 조립체에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 노즐 조립체를 나타내는 사시도이다. 또한 도 4는 도 3의 절단선 A-A를 따라 절단한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 노즐 조립체의 횡단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 연료 노즐 조립체(23)는 복수의 연료 노즐(100), 냉각 캡(200) 및 완충부(160)를 포함한다.
연료 노즐(100)은 도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 내부 연료 노즐을 중심으로 복수개의 외부 연료 노즐이 방사상으로 배치될 수 있다.
각각의 연료 노즐(100)은 주입 실린더(110) 및 슈라우드(150)를 포함한다.
주입 실린더(110)는 연료를 공급하며 연료와 공기를 예혼합하는 수단으로서, 일 방향으로 연장 형성된다. 주입 실린더(110)는 일반적으로 원통형으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예에서는 원통형의 주입 실린더(110)를 예시로 한다.
헤드 엔드 플레이트(220)는 연료 노즐 조립체(23)의 외벽을 이루는 노즐 케이싱(230)의 단부에서 노즐 케이싱(230)과 결합하여 케이싱(230)을 밀봉하는데, 주입 실린더(110)에 연료를 공급하는 매니 폴드, 관련 밸브 등과 결합될 수 있다. 또한 헤드 엔드 플레이트(220)는 노즐 케이싱(230) 내에 배열되는 연료 노즐(100)을 지지한다. 연료 노즐(100)은 주입 실린더(110) 일단에 배치된 노즐 플랜지(140)에 의해 헤드 엔드 플레이트(220)에 고정된다.
연료는 연료 인젝터(fuel injector, 미도시)를 통해 헤드 엔드 플레이트(220)를 거쳐 유입되어, 연료 노즐(100)의 주입 실린더(110)의 길이 방향을 따라 이동하여 연소실(240)로 분사된다.
슈라우드(shroud, 150)는 주입 실린더(110)와 이격되어 주입 실린더(110)를 길이방향으로 둘러싸도록 형성되어, 연료 및 공기가 지날 수 있도록 유로를 구성한다. 슈라우드(150)는 주입 실린더(110)의 연장 방향을 따라 연장 형성되는데, 바람직하게는 주입 실린더(110)와 동심축을 갖고 주입 실린더(110)와 일정 간격 이격되어 주입 실린더(110)를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 원통형의 슈라우드(150)를 예시로 한다. 이 경우, 주입 실린더(110) 와 슈라우드(150)에 의해 형성되는 유로의 단면은 환상(環狀)으로 형성될 수 있다.
스월러(swirler, 120)는 주입 실린더(110) 중간의 외주면에 방사형으로 배열되어, 슈라우드(150)와 주입 실린더(110) 사이의 공간으로 유입된 연료 유체에 회전 유동이 발생하도록 한다. 스월러(120)는 그 내부에 주입 실린더(110)의 내부 공간과 연통되어 유로가 형성될 수 있다. 주입 실린더(110) 내부로 유입된 연료가 연통된 스월러(120) 내부의 유로를 거쳐 스월러(120) 내외부를 관통하는 분사구를 통해 분사될 수 있다.
냉각 캡(200)은 연료 노즐(100)을 지지하며, 연소 시에 발생하는 고열이 노즐 쪽으로 전파하는 것을 차단하며, 고열에 의해 연료 노즐(100) 등이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한 냉각 캡(200)은 연소 시에 발생하는 연소 진동을 흡수하는 역할을 할 수 있다. 냉각 캡(200)에서 연소실(240) 측에 접하는 부위는 연소실의 고온 분위기를 견딜 수 있는 방열 성능 및 내식성이 우수한 소재로 구성될 수 있다.
냉각 캡(200)에는 연료 노즐(100)의 일부가 삽입되는 복수의 슬롯(210)을 구비할 수 있다. 하나의 내부 연료 노즐을 중심으로 복수개의 외부 연료 노즐이 방사상으로 배치될 수 있도록, 복수의 슬롯(210) 역시 연료 노즐(100) 배치와 대응되어 형성될 수 있다.
도 5 내지 도 8은 도 4의 B 영역을 나타내는 확대도로서, 완충부의 다양한 실시예를 나타낸다.
완충부(160)는 연료 노즐(100)과 슬롯(210)의 접합면 사이에 삽입되며, 연소시 발생하는 진동을 흡수하고, 슈라우드(150)의 열팽창을 수용하는 기능을 할 수 있다.
연료 노즐(100)의 상류 측은 노즐 플랜지(140)를 통해 헤드 엔드 플레이트(220)에 고정되므로, 완충부(160)는 연료 유체 흐름 방향의 하류 측에 배치되는 것이 바람직하다.
완충부(160)는 복수개로 마련되어 슈라우드(150)의 둘레를 따라 환형으로 배열될 수 있으며, 각 완충부(160)는 서로 일정한 간격을 두고 이격되어 배열될 수 있다. 또한 도 9은 도 5에 도시된 완충부를 나타내는 사시도이고, 도 10은 도 6에 도시된 완충부를 나타내는 사시도이다.
완충부(160a)는 도 5 및 도 9에 도시된 바와 같이, 하나의 굴곡진 판재로 형성되되, 슈라우드(150)와 슬롯(210)의 접합면 중 한 면에 고정되는 고정부(1601)와, 고정부(1601)로부터 타면을 향해 돌출되어 타면에 접하는 볼록부(1602)를 포함할 수 있다. 연소 시에 슈라우드(150)가 열팽창하거나 진동이 발생하는 경우 볼록부(1602)의 변형에 의해 그 변형량 또는 충격을 흡수할 수 있다.
또는 완충부(160b)는 도 6 및 도 10에 도시된 바와 같이, 볼록부(1602 : 1602a, 1602b, 1602c …)가 연속적으로 배열되며, 볼록부(1602) 사이에 볼록부(1602)와 반대방향으로 돌출되는 오목부(1603 : 1603a, 1603b …)를 포함할 수 있다. 오목부(1603)은 접합면에 접하지 않고 소정 거리(d)만큼 이격되어 배치될 수 있다. 오목부(1603)가 이와 같이 이격되어 있는 경우, 변형량 또는 충격을 보다 많이 흡수할 수 있다.
완충부(160a, 160b)는 고정부(1601)와 볼록부(1602)가 연료 노즐(100)의 길이 방향(도 5 및 도 6에서의 상하 방향)에 대응하도록 배치되거나 또는 볼록부(1602)와 오목부(1603)가 길이 방향에 대응하도록 배치될 수 있다.
볼록부(1602)에 접하는 접합면은 볼록부(1602)에 대응하여 함몰 형성된 리세스부(165)를 포함할 수 있다. 리세스부(165)는 복수개의 완충부(160a, 160b)에 대응하여 슈라우드(150) 또는 슬롯(210)에 접합면에 환형으로 형성되어 배열될 수 있다.
완충부(160c, 160d)는 연료 노즐(100)과 슬롯(210) 사이에 탄성적으로 접합할 수 있으며, 접합면에 교차방향으로 배치되는 판 스프링(도 7 참조) 또는 코일 스프링(도 8 참조) 형태일 수 있다. 이들의 탄성 변형에 의해 슈라우드(150)의 열팽창에 의한 변형량 또는 진동에 의한 충격을 흡수할 수 있다.
도 11는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 노즐 조립체를 나타내는 사시도이고, 도 12 내지 도 14는 도 9의 절단선 C - C를 따라 절단한 종단면도로서 완충부의 다양한 실시예를 나타낸다.
도 12 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 완충부(160e, 160f, 160g)는 도 5 및 도 9에 도시된 바와 같이, 하나의 굴곡진 판재로 형성되되, 슈라우드(150)와 슬롯(210)의 접합면 중 한 면에 고정되는 고정부(1601)와, 고정부(1601)로부터 타면을 향해 돌출되어 타면에 접하는 볼록부(1602)를 포함할 수 있다.
본 실시예들은 도 5 및 도 6에 도시된 실시예와 달리 고정부(1601)와 볼록부(1602)가 연료 노즐(100)의 길이 방향과 교차하는 방향으로 배치되거나 또는 볼록부(1602)와 오목부(1603)가 길이 방향과 교차하는 방향으로 배치될 수 있다. 또한 도 14에 도시된 바와 같이, 볼록부(1602)와 오목부(1603)가 연속적으로 교대로 배열되면서 환형으로 형성될 수 있다.
상술한 설명에서 서로 다른 요소들 간의 결합 또는 접합(접속)시에는 이들 간을 결합시키기 위한 별도의 결합 부재를 구비한다. 또한, 필요에 따라 접합면에서의 누설을 방지하기 위한 별도의 밀봉 수단이 더 추가될 수도 있다. 또한, 결합 공정의 편의와 누설 방지를 위해 끼워맞춤 형태의 소정의 돌기 또는 홈 등이 형성될 수도 있다.
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 다양한 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
10 : 압축기 20 : 연소기
21: 버너 모듈 22 : 연소실 조립체
23 : 연료 노즐 조립체 30 : 터빈
100 : 연료 노즐 110 : 주입 실린더
120 : 스월러 150 : 슈라우드
160 : 완충부 200 : 냉각 캡
210 : 슬롯

Claims (15)

  1. 복수의 연료 노즐;
    상기 각 연료 노즐의 일부가 삽입되는 복수의 슬롯을 구비하며, 상기 연료 노즐을 지지하는 냉각 캡; 및
    상기 연료 노즐과 상기 슬롯의 접합면 사이에 삽입되는 완충부;를 포함하는 연료 노즐 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료 노즐은,
    일 방향으로 연장 형성되어 연소실에 연료 유체를 공급하는 주입 실린더;
    상기 주입 실린더와 이격되어 상기 주입 실린더를 길이 방향으로 둘러싸며, 내벽과 상기 주입 실린더 사이에 유로를 형성하는 슈라우드;를 포함하고,
    상기 완충부는
    상기 슈라우드의 외주면과 상기 슬롯의 접합면 사이에 삽입되는 연료 노즐 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 완충부는,
    연료 유체 흐름 방향의 하류 측에 배치되는 연료 노즐 조립체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 완충부는 복수개로 마련되어 상기 슈라우드의 둘레를 따라 환형으로 배열되는 연료 노즐 노립체.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 완충부는 하나의 굴곡진 판재로 형성되되,
    상기 두 접합면 중 한 면에 고정되는 고정부;
    상기 고정부로부터 타면을 향해 돌출되어 상기 타면에 접하는 볼록부;를 포함하는 연료 노즐 조립체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 완충부는
    상기 볼록부가 연속적으로 배열되며, 상기 볼록부 사이에 상기 볼록부와 반대방향으로 돌출되는 오목부를 더 포함하는 연료 노즐 조립체.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 볼록부에 접하는 접합면은 상기 볼록부에 대응하여 함몰 형성된 리세스부를 포함하는 연료 노즐 조립체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 완충부는 상기 연료 노즐과 상기 슬롯 사이에 탄성적으로 접합하는 연료 노즐 조립체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 완충부는 상기 접합면에 교차방향으로 배치되는 코일 스프링 또는 판 스프링인 연료 노즐 조립체.
  10. 연료 유체가 연소하는 연소실을 포함하는 연소실 조립체; 및
    상기 연소실로 연료 유체를 분사하는 연료 노즐 조립체;를 포함하며,
    상기 연료 노즐 조립체는
    복수의 연료 노즐;
    상기 각 연료 노즐의 일부가 삽입되는 복수의 슬롯을 구비하며, 상기 연료 노즐을 지지하는 냉각 캡; 및
    상기 연료 노즐과 상기 슬롯의 접합면 사이에 삽입되는 완충부;를 포함하는 연소기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 연료 노즐은,
    일 방향으로 연장 형성되어 연소실에 연료 유체를 공급하는 주입 실린더;
    상기 주입 실린더와 이격되어 상기 주입 실린더를 길이 방향으로 둘러싸며, 내벽과 상기 주입 실린더 사이에 유로를 형성하는 슈라우드;를 포함하고,
    상기 완충부는
    상기 슈라우드의 외주면과 상기 슬롯의 접합면 사이에 삽입되는 연소기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 완충부는 복수개로 마련되어 상기 슈라우드의 둘레를 따라 환형으로 배열되는 연소기.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 완충부는 하나의 굴곡진 판재로 형성되되,
    상기 두 접합면 중 한 면에 고정되는 고정부;
    상기 고정부로부터 타면을 향해 돌출되어 타면에 접하는 볼록부;를 포함하는 연소기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 완충부는
    상기 볼록부가 연속적으로 배열되며, 상기 볼록부 사이에 상기 볼록부와 반대방향으로 돌출되는 오목부를 포함하는 연소기.
  15. 유입되는 공기를 압축하는 압축기;
    상기 압축기에서 압축된 공기와 연료를 혼합하여 연소시키는 연소기; 및
    상기 연소기에서 연소된 가스로 동력을 발생시키는 터빈;을 포함하며,
    상기 연소기는,
    연료 유체가 연소하는 연소실을 포함하는 연소실 조립체; 및
    상기 연소실로 연료 유체를 분사하는 연료 노즐 조립체;를 포함하며,
    상기 연료 노즐 조립체;는
    복수의 연료 노즐;
    상기 각 연료 노즐의 일부가 삽입되는 복수의 슬롯을 구비하며, 상기 연료 노즐을 지지하는 냉각 캡; 및
    상기 연료 노즐과 상기 슬롯의 접합면 사이에 삽입되는 완충부;를 포함하는 가스 터빈.
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