KR20190052851A

KR20190052851A - 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈

Info

Publication number: KR20190052851A
Application number: KR1020170148633A
Authority: KR
Inventors: 석정민
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2017-11-09
Filing date: 2017-11-09
Publication date: 2019-05-17
Also published as: US20190137105A1; US11060728B2; EP3483504B1; EP3483504A1; CN109764358B; KR102046457B1; CN109764358A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 연소기는, 노즐 케이싱 및 상기 노즐 케이싱 내부에서 환형의 가상의 선을 따라 서로 이격되어 배치되는 복수의 제1 연료 노즐을 포함하는 연소기로서, 상기 복수의 제1 연료 노즐 각각은, 상기 제1 연료 노즐의 중심에 위치하며, 상기 제1 연료 노즐의 중심을 지나는 제1 중심선을 따라 연장되어 연소실 측으로 액체 연료를 분사하는 제1 연료 분사 유로, 상기 제1 연료 분사 유로를 둘러싸며, 상기 제1 중심선에 대해 미리 정해진 분무 각도로 상기 연소실 측으로 액체 연료를 분사하는 제2 연료 분사 유로 및 상기 제2 연료 분사 유로를 둘러싸며, 상기 제2 연료 분사 유로로부터 분사된 상기 액체 연료와 혼합되는 공기를 분사하는 제1 공기 분사 유로를 포함할 수 있다.

Description

연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈{COMBUSTOR AND GAS TURBINE INCLUDING THE SAME}

본 발명은 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.

미국 공개특허 제2017-0130962호 (명칭: NOZZLE, BURNER, COMBUSTOR, GAS TURBINE, AND GAS TURBINE SYSTEM)

상기한 바와 같은 기술적 배경을 바탕으로, 본 발명은 연소실 내부로 분사되는 액체 연료를 작은 크기의 액적으로 분화시킬 수 있는 연소기 및 가스 터빈을 제공하고자 한다.

상기 제1 연료 분사 유로 및 상기 제2 연료 분사 유로 각각은, 상기 연소실 측에 인접한 제1 단부 및 제2 단부를 포함하며, 서로 마주보는 상기 제1 단부의 외주면과 상기 제2 단부의 내주면은 상기 제1 중심선에 대해 미리 정해진 각도로 기울어질 수 있다.

상기 제1 단부의 외주면과 상기 제2 단부의 내주면 사이의 공간을 따라 상기 제2 연료 분사 유로의 상기 액체 연료가 상기 연소실 측으로 분사될 수 있다.

상기 제1 단부의 상기 외주면은 원뿔대 형상을 가질 수 있다.

상기 제2 단부의 상기 내주면은 상기 제1 단부의 상기 외주면에 대응된 형상을 가질 수 있다.

상기 제2 단부의 상기 내주면은 원뿔대 형상을 가질 수 있다.

상기 제1 공기 분사 유로와 연결되며, 상기 제1 공기 분사 유로 내부로 물을 공급하는 제1 물 공급 유로를 더 포함하며, 상기 제1 공기 분사 유로 내부에서 상기 물과 상기 공기가 혼합되어 분사될 수 있다.

상기 제1 물 공급 유로는 상기 제1 공기 분사 유로와 함께 상기 제2 연료 분사 유로를 둘러쌀 수 있다.

상기 제1 연료 분사 유로 및 상기 제2 연료 분사 유로 중 어느 하나에서 상기 연소실 내부로 상기 액체 연료를 분사할 수 있다.

상기 복수의 제1 연료 노즐 각각은, 상기 제1 공기 분사 유로 둘레를 따라 서로 이격되어 배치되며, 가스 연료를 분사하는 복수의 제1 스월러를 더 포함할 수 있다.

상기 환형의 가상의 선을 따라 배치되며, 상기 복수의 제1 연료 노즐 중 인접한 한 쌍의 제1 연료 노즐 사이에 각각 배치되는 복수의 제2 연료 노즐을 더 포함할 수 있다.

상기 복수의 제2 연료 노즐 각각은, 상기 제2 연료 노즐의 중심에 위치하며, 상기 제2 연료 노즐의 중심을 지나는 제2 중심선을 따라 연장되는 중심축, 상기 중심축을 둘러싸며, 상기 제2 중심선에 대해 미리 정해진 분무 각도로 상기 연소실 측으로 액체 연료를 분사하는 제3 연료 분사 유로 및 상기 제3 연료 분사 유로를 둘러싸며, 상기 제3 연료 분사 유로로부터 분사된 상기 액체 연료와 혼합되는 공기를 분사하는 제2 공기 분사 유로를 포함할 수 있다.

상기 중심축 및 상기 제3 연료 분사 유로 각각은, 상기 연소실 측에 인접한 제3 단부 및 제4 단부를 포함하며, 서로 마주보는 상기 제3 단부의 외주면과 상기 제4 단부의 내주면은 상기 제2 중심선에 대해 미리 정해진 각도로 기울어질 수 있다.

상기 제3 단부의 외주면과 상기 제4 단부의 내주면 사이의 공간을 따라 상기 제3 연료 분사 유로의 상기 액체 연료가 상기 연소실 측으로 분사될 수 있다.

상기 제4 단부의 상기 내주면은 상기 제3 단부의 상기 외주면에 대응된 형상을 가질 수 있다.

상기 제3 단부의 외주면과 상기 제4 단부의 내주면은 원뿔대 형상을 가질 수 있다.

상기 제2 공기 분사 유로와 연결되며, 상기 제2 공기 분사 유로 내부로 물을 공급하는 제2 물 공급 유로를 더 포함하며, 상기 제2 공기 분사 유로 내부에서 상기 물과 상기 공기가 혼합되어 분사될 수 있다.

상기 복수의 제2 연료 노즐 각각은, 상기 제2 공기 분사 유로 둘레를 따라 서로 이격되어 배치되며, 가스 연료를 분사하는 복수의 제2 스월러를 더 포함할 수 있다.

상기 복수의 제1 연료 노즐은, 상기 제1 연료 분사 유로 내부에 배치되며 상기 제1 연료 분사 유로를 통과하는 상기 액체 연료를 선회시키는 선회 슬롯을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈은, 외부에서 유입된 공기를 압축하는 압축기, 상기 압축기에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소하는 연소기 및 상기 연소기에서 연소된 연소 가스에 의해 회전하는 복수의 터빈 블레이드를 포함하는 터빈을 포함하는 가스 터빈으로서, 상기 연소기는, 노즐 케이싱 및 상기 노즐 케이싱 내부에서 환형의 가상의 선을 따라 서로 이격되어 배치되는 복수의 제1 연료 노즐을 포함하며, 상기 복수의 제1 연료 노즐 각각은, 상기 제1 연료 노즐의 중심에 위치하며, 상기 제1 연료 노즐의 중심을 지나는 제1 중심선을 따라 연장되어 연소실 측으로 액체 연료를 분사하는 제1 연료 분사 유로, 상기 제1 연료 분사 유로를 둘러싸며, 상기 제1 중심선에 대해 미리 정해진 분무 각도로 상기 연소실 측으로 액체 연료를 분사하는 제2 연료 분사 유로, 및 상기 제2 연료 분사 유로를 둘러싸며, 상기 제2 연료 분사 유로로부터 분사된 상기 액체 연료와 혼합되는 공기를 분사하는 제1 공기 분사 유로를 포함할 수 있다.

상기 제1 단부의 상기 외주면 및 상기 제2 단부의 내주면은 원뿔대 형상을 가질 수 있다.

상기 환형의 가상의 선을 따라 배치되며, 상기 복수의 제1 연료 노즐 중 인접한 한 쌍의 제1 연료 노즐 사이에 배치되는 복수의 제2 연료 노즐을 더 포함할 수 있다.

상기 중심축 및 상기 제3 연료 분사 유로 각각은, 상기 연소실 측에 인접한 제3 단부 및 제4 단부를 포함하며, 서로 마주보는 상기 제3 단부의 외주면과 상기 제4 단부의 내주면은 미리 정해진 간격으로 서로 이격될 수 있다.

상기한 바와 같은 연소기 및 가스 터빈에 의하면, 연소실 내부로 분사되는 액체 연료를 작은 크기의 액적으로 분화시킬 수 있다.

또한, 액체 연료의 탄화에 의해 노즐의 오리피스를 막는 코킹 현상을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부가 도시된 도면이다.
도 2는 도 1의 연소기를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 연소기 일부를 절개하여 개략적으로 나타낸 부분 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 연료 노즐의 배열 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 연료 노즐의 변형예이다.
도 6은 도 4의 제1 연료 노즐의 일부를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 7은 도 6의 A 영역을 확대한 도면이다.
도 8 내지 도 10은 제1 연료 노즐에서 액체 연료를 분사하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 11은 도 4의 제2 연료 노즐의 일부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 도 11의 B 영역을 확대한 도면이다.
도 13 및 도 14는 제2 연료 노즐에서 액체 연료를 분사하는 과정을 나타낸 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부가 도시된 도면이며, 도 2는 도 1의 연소기를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 3은 연소기 일부를 절개하여 개략적으로 나타낸 부분 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 연료 노즐의 배열 상태를 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 가스 터빈(1000)은, 압축기(1100), 연소기(1200) 및 터빈(1300)을 포함할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소하는 연소기(1200)에서, 노즐 케이싱(1210) 내에는 배치된 복수의 제1 연료 노즐(HL1∼HL3) 및 복수의 제2 연료 노즐(LL1∼LL3)은 가스 연료 또는 액체 연료를 선택적으로 분사할 수 있다. 이때, 액체 연료를 분사할 수 있는 제1 연료 노즐(HL1)의 제2 연료 분사 유로(1233, 도 7 참조)와 제2 연료 노즐(LL1)의 제3 연료 분사 유로(1243, 도 12 참조)에서 연소실(1240)을 향해 액체 연료(LF)가 분사되는데, 분사된 액체 연료(LF)는 제1 중심선(CL1) 및 제2 중심선(CL2)에 대해 비스듬한 방향으로, 즉 미리 정해진 분무 각도로 분사될 수 있다. 이에 의해, 액체 연료(LF)와 압축 공기(Air)가 균일하게 혼합될 수 있다.

본 실시예를 따르는 가스 터빈(1000)의 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 구성될 수 있다. 즉, 대기의 공기를 흡입하여 고압으로 압축한 후 정압 환경에서 연료를 연소하여 열에너지를 방출하고, 이 고온의 연소 가스를 팽창시켜 운동에너지로 변환시킨 후에 잔여 에너지를 담은 배기가스를 대기 중으로 방출할 수 있다. 즉, 압축, 가열, 팽창, 방열의 4 과정으로 사이클이 이루어질 수 있다. 위와 같은 브레이튼 사이클을 실현하는 가스 터빈(1000)은 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기와 연소기, 터빈을 포함할 수 있다. 이하의 설명은 도 1을 참조하겠지만, 본 발명의 설명은 도 1에 예시적으로 도시된 가스 터빈(1000)과 동등한 구성을 가진 터빈 기관에 대해서도 폭넓게 적용될 수 있다.

도 1을 참조하면, 가스 터빈(1000)의 압축기(1100)는 외부로부터 공기를 흡입하여 압축할 수 있다. 압축기(1100)는 압축기 블레이드(1130)에 의해 압축된 압축 공기를 연소기(1200)에 공급하고, 또한 가스 터빈(1000)에서 냉각이 필요한 고온 영역에 냉각용 공기를 공급할 수 있다. 이때, 흡입된 공기는 압축기(1100)에서 단열 압축 과정을 거치게 되므로, 압축기(1100)를 통과한 공기의 압력과 온도는 올라가게 된다.

압축기(1100)는 원심 압축기(centrifugal compressors)나 축류 압축기(axial compressor)로 설계되는데, 소형 가스 터빈에서는 원심 압축기가 적용되는 반면, 도 1에 도시된 것과 같은 대형 가스 터빈(1000)은 대량의 공기를 압축해야 하기 때문에 다단 축류 압축기(1100)가 적용되는 것이 일반적이다. 이때, 다단 축류 압축기(1100)에서는, 압축기 블레이드(1130)는 로터 디스크의 회전에 따라 회전하여 유입된 공기를 압축하면서 압축된 공기를 후단의 베인(1140)으로 이동시킨다. 공기는 다단으로 형성된 블레이드(1130)를 통과하면서 점점 더 고압으로 압축된다.

베인(1140)은 하우징(1150)의 내부에 장착되며, 복수의 베인(1140)이 단을 형성하며 장착될 수 있다. 베인(1140)은 전단의 압축기 블레이드(1130)로부터 이동된 압축 공기를 후단의 압축기 블레이드(1130) 측으로 가이드한다. 본 실시예에서 복수의 베인(1140) 중 적어도 일부는 공기의 유입량의 조절 등을 위해 정해진 범위 내에서 회전 가능하도록 장착될 수 있다.

압축기(1100)는 터빈(1300)에서 출력되는 동력의 일부를 사용하여 구동될 수 있다. 이를 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(1100)의 회전축과 터빈(1300)의 회전축은 직결될 수 있다. 대형 가스 터빈(1000)의 경우, 터빈(1300)에서 생산되는 출력의 거의 절반 정도가 압축기(1100)를 구동시키는데 소모될 수 있다. 따라서, 압축기(1100)의 효율을 향상시키는 것은 가스 터빈(1000)의 전체 효율을 향상시키는데 직접적인 영향을 미치게 된다.

한편, 연소기(1200)는 압축기(1100)의 출구로부터 공급되는 압축 공기를 연료와 혼합하여 등압 연소시켜 높은 에너지의 연소 가스를 만들어 낼 수 있다. 도 2는 가스 터빈(1000)에 적용되는 연소기(1200)의 일례를 보여준다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 연소기(1200)는 압축기(1100)의 하류에 배치되며, 복수의 버너(1220), 복수의 라이너(1250) 및 복수의 트랜지션피스(1260)를 포함할 수 있다. 이때, 일렬로 연결된 하나의 라이너(1250)와 트랜지션피스(1260)는 연소기(1200) 내에서 하나의 연소 챔버(combustor chamber)를 구성할 수도 있다. 한편, 서로 결합된 하나의 버너(1220)와 하나의 연소 챔버는 연소기(1200) 내에서 하나의 연소 캔을 구성할 수 있다. 즉, 연소기(1200)는 복수의 연소 캔으로 이루어질 수 있다.

복수의 버너(1220)는 환형을 이루는 노즐 케이싱(1210)을 따라 배치될 수 있다. 구체적으로, 복수의 버너(1220)는 환형의 가상의 선을 따라 서로 이격되어 배치되는 복수의 노즐 케이싱(1210)에 각각 배치될 수 있다. 각 버너(1220)에는 수 개의 연소 노즐(1230)이 구비되며, 이 연소 노즐(1230)에서 분사되는 연료가 공기와 적절한 비율로 혼합되어 연소에 적합한 상태를 이루게 된다.

가스 터빈(1000)에는 가스 연료와 액체 연료, 또는 이들이 조합된 복합 연료가 사용될 수 있다. 법적 규제 대상이 되는 일산화탄소와 질소산화물 등의 배출가스 양을 저감하기 위한 연소 환경을 만드는 것이 중요한데, 연소 제어가 상대적으로 어렵기는 하지만 연소 온도를 낮추고 균일한 연소를 만들어 배출가스를 줄일 수 있다는 장점이 있어 근래에는 예혼합 연소가 많이 적용된다.

본 실시예에 따른 가스 터빈(1000)에서는 예혼합 연소가 적용되어, 압축 공기가 연소 노즐(1230)에서 미리 분사되는 연료와 혼합된 후 연소실(1240) 안으로 들어간다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 하나의 노즐 케이싱(1210)에는 복수의 연소 노즐(1230)이 배치되는데, 복수의 연소 노즐(1230)은 서로 다른 구조인 복수의 제1 연료 노즐(HL1∼HL3) 및 복수의 제2 연료 노즐(LL1∼LL3)을 포함할 수 있다. 즉, 노즐 케이싱(1210) 내부에는 복수의 제1 연료 노즐(HL1∼HL3) 및 복수의 제2 연료 노즐(LL1∼LL3)이 배치될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 복수의 제1 연료 노즐(HL1∼HL3) 및 복수의 제2 연료 노즐(LL1∼LL3)은 가스 연료 또는 액체 연료를 선택적으로 분사할 수 있다. 보다 구체적으로, 복수의 제1 연료 노즐(HL1∼HL3) 및 복수의 제2 연료 노즐(LL1∼LL3)은 운전 모드에 따라 가스 연료를 분사하거나, 액체 연료를 분사할 수 있다. 예를 들어, 가스 터빈(1000)이 가스 연료로 운전하는 경우, 복수의 제1 연료 노즐(HL1∼HL3) 및 복수의 제2 연료 노즐(LL1∼LL3)은 가스 연료를 분사할 수 있다. 그리고, 가스 터빈(1000)이 액체 연료로 운전하는 경우, 복수의 제1 연료 노즐(HL1∼HL3) 및 복수의 제2 연료 노즐(LL1∼LL3)은 액체 연료를 분사할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 연료 노즐(HL1∼HL3)은 노즐 케이싱(1210) 내부에서 환형의 가상의 선(미도시)을 따라 서로 이격되어 배치될 수 있다. 그리고, 제2 연료 노즐(LL1)은 인접한 한 쌍의 제1 연료 노즐(HL1∼HL3) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 환형의 가상의 선(미도시)을 따라, 제1 연료 노즐(HL1), 제2 연료 노즐(LL1), 제1 연료 노즐(HL2), 제2 연료 노즐(LL2), 제1 연료 노즐(HL3), 제2 연료 노즐(LL3)이 순서대로 배치될 수 있다. 그러나, 복수의 제1 연료 노즐(HL1∼HL3) 및 복수의 제2 연료 노즐(LL1∼LL3)은 도 4에 도시된 구조에만 반드시 한정되지 않고, 도 5의 변형예에 도시된 바와 같이, 환형의 형태로 배치된 복수의 제1 연료 노즐(HL1∼HL3) 및 복수의 제2 연료 노즐(LL1∼LL3) 가운데에 추가적으로 제1 연료 노즐(HL4)이 배치될 수 있다.

하기에서는, 도 6 내지 도 14를 참조하여, 본 실시예의 제1 연료 노즐(HL1) 및 제2 연료 노즐(LL1) 각각의 구조에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

도 6은 도 4의 제1 연료 노즐의 일부를 개략적으로 나타낸 단면도이며, 도 7은 도 6의 A 영역을 확대한 도면이며, 도 8 내지 도 10은 제1 연료 노즐에서 액체 연료를 분사하는 과정을 나타낸 도면이다. 도 11은 도 4의 제2 연료 노즐의 일부를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 12는 도 11의 B 영역을 확대한 도면이며, 도 13 및 도 14는 제2 연료 노즐에서 액체 연료를 분사하는 과정을 나타낸 도면이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 제1 연료 노즐(HL1)은 제1 노즐 몸체(1231), 제1 연료 분사 유로(1232), 제2 연료 분사 유로(1233), 제1 공기 분사 유로(1234), 제1 물 공급 유로(1235) 및 제1 스월러(SR1_A)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 연료 노즐(HL1)은 운전 모드에 따라 가스 연료 또는 액체 연료를 선택적으로 분사할 수 있다. 본 실시예에서는, 제1 연료 노즐(HL1)은 제2 연료 노즐(LL1, 도 11 및 도 12 참조)과 달리, 점화 시에 사용되는 액체 연료를 분사하는 제1 연료 분사 유로(1232)가 제1 노즐 몸체(1231) 중앙에 배치될 수 있다. 도 6 및 도 7에 도시된 제1 연료 노즐(HL1)은 도 4의 복수의 제1 연료 노즐(HL1∼HL3) 중 하나로, 다른 제1 연료 노즐(HL2, HL3)과 동일한 구조이므로, 제1 연료 노즐(HL2, HL3)의 설명은 생략하기로 한다.

제1 연료 분사 유로(1232)는 가스 터빈이 액체 연료로 운전하는 경우에 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 연료 분사 유로(1232)는 액체 연료 운전 모드에서 초기 점화 시점부터 사용될 수 있다. 제1 연료 분사 유로(1232)는 초기 점화 시점부터 액체 연료(LF)를 공급하고, 이후 점화가 성공적으로 이루어진 후에도 계속 액체 연료(LF)를 분사할 수 있다.

제1 연료 분사 유로(1232)는 제1 연료 노즐(HL1)의 제1 노즐 몸체(1231)의 중앙에 형성되며, 연소실(1240)을 향해 액체 연료(LF, 도 8 참조)를 분사할 수 있다. 제1 연료 분사 유로(1232)는 제1 관형 부재(1232a) 내부에 형성된 공간으로, 제1 연료 노즐(HL1)의 중심을 지나는 제1 중심선(CL1)을 따라 연장될 수 있다. 연소실(1240)에 인접한 제1 연료 분사 유로(1232)의 제1 단부(1232a_1)에는 액체 연료(LF, 도 8 참조)를 분사하는 분사구가 형성될 수 있다. 제1 단부(1232a_1)의 분사구를 통해 제1 연료 분사 유로(1232)의 액체 연료(LF, 도 8 참조)가 연소실(1240) 내부로 분사될 수 있다.

이때, 제1 연료 분사 유로(1232) 내부에는 상기 분사구에 인접하여 선회 슬롯(1232b)이 배치될 수 있다. 선회 슬롯(1232b)에는 복수의 선회 유로(1232b_1)가 형성되는데, 복수의 선회 유로(1232b_1)에 의해 제1 연료 분사 유로(1232)를 따라 이동하는 액체 연료(LF, 도 8 참조)는 선회될 수 있다. 즉, 제1 연료 분사 유로(1232) 내부의 액체 연료(LF, 도 8 참조)는 선회 슬롯(1232b)을 통과하면서 선회 유동하게 된다. 선회 슬롯(1232b)을 통과한 액체 연료(LF)는 제1 연료 분사 유로(1232)의 제1 단부(1232a_1)에 형성된 분사구에서 미리 정해진 분무 각도를 형성하면서 연소실 내부로 분사될 수 있다.

한편, 제1 연료 분사 유로(1232)에서 분사된 액체 연료(LF, 도 8 참조)에 의해 점화가 완료되면, 제2 연료 분사 유로(1233)가 액체 연료(LF, 도 9 참조)를 분사할 수 있다. 즉, 가스 터빈이 점화되어 정상적으로 운전되는 경우, 제2 연료 분사 유로(1233)가 액체 연료(LF, 도 9 참조)를 분사할 수 있다.

제2 연료 분사 유로(1233)는 제2 관형 부재(1233a) 내부에 형성된 공간으로, 제1 연료 분사 유로(1232)를 둘러싼다. 제2 연료 분사 유로(1233)는 제1 연료 분사 유로(1232)와 나란하게 제1 중심선(CL1)을 따라 연장될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 제2 연료 분사 유로(1233)는 제1 중심선(CL1)에 대해 미리 정해진 분무 각도로 액체 연료(LF, 도 9 참조)를 연소실(1240)로 분사할 수 있다. 이때, 제1 연료 분사 유로(1232)의 제1 단부(1232a_1)는 제1 중심선(CL1)에 대해 미리 정해진 각도로 기울어진 외주면(1232a_2)을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 연료 분사 유로(1232)의 제1 단부(1232a_1)는 원뿔대 형상을 가질 수 있다.

그리고, 제2 연료 분사 유로(1233)의 제2 단부(1233a_1)에는 제1 연료 분사 유로(1232)의 제1 단부(1232a_1)의 외주면(1232a_2)과 마주보는 내주면(1233a_2)이 형성될 수 있다. 제2 단부(1233a_1)의 내주면(1233a_2)은 제1 단부(1232a_1)의 외주면(1232a_2)의 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 제2 단부(1233a_1)의 내주면(1233a_2)도 제1 단부(1232a_1)의 외주면(1232a_2)과 마찬가지로 제1 중심선(CL1)에 대해 미리 정해진 각도로 기울어질 수 있다. 예를 들어, 제2 단부(1233a_1)의 내주면(1233a_2)도 원뿔대 형상을 가질 수 있다.

서로 마주보는 제1 단부(1232a_1)의 외주면(1232a_2)과 제2 단부(1233a_1)의 내주면(1233a_2) 사이에는 공간(1238)이 형성될 수 있다. 이러한 공간(1238)을 따라 제2 연료 분사 유로(1233)의 액체 연료(LF, 도 9 참조)가 이동함에 따라, 도 9에 도시된 바와 같이 액체 연료(LF, 도 9 참조)는 제1 중심선(CL1)에 대해 미리 정해진 분무 각도로 분사될 수 있다.

한편, 도 9를 참조하면, 제2 연료 분사 유로(1233) 둘레에는 액체 연료(LF)에 혼합되는 압축 공기(Air)를 분사하는 제1 공기 분사 유로(1234)가 배치될 수 있다. 제1 공기 분사 유로(1234)은 제2 연료 분사 유로(1233)와 나란하게 제1 중심선(CL1)을 따라 연장될 수 있다.

제1 공기 공급 유로(1236)를 통해 공급된 압축 공기(Air)가 제1 관통홀(1237)을 통해 제1 공기 분사 유로(1234) 내부로 유입될 수 있다. 유입된 압축 공기(Air)는 제1 중심선(CL1)을 따라 이동하다가, 제1 연료 분사 유로(1232)의 제1 단부(1232a_1, 도 7 참조)와 제2 연료 분사 유로(1233)의 제2 단부(1233a_1, 도 7 참조) 사이의 공간(1238)을 통과하여 미리 정해진 분무 각도로 분사된 액체 연료(LF)와 혼합되게 된다. 이때, 고압의 압축 공기(Air)는 미리 정해진 분무 각도로 분사되고 있는 액체 연료(LF)와 충돌하여, 액체 연료(LF)를 작은 크기의 액적으로 분화시키는 미립화 과정을 촉진할 수 있다.

한편, 고압의 압축 공기(Air)는 고온에 노출되는 노즐 단부에 대해 열차폐(Heat shield) 기능을 제공할 수 있다. 액체 연료(LF)가 유입되지 않는 경우에 상기 노즐 단부에 위치하는 액체 연료(LF)의 열 손상을 방지하여, 액체 연료(LF)의 탄화에 의해 노즐의 오리피스를 막는 코킹(coking) 현상을 방지할 수 있다.

미리 정해진 분무 각도로 분사된 액체 연료(LF)에 의해, 서로 혼합된 액체 연료(LF)와 압축 공기(Air)도 미리 정해진 분무 각도로 연소실(1240) 측으로 분사될 수 있다. 결국, 본 실시예에 따르면, 가스 터빈이 점화성공 이후 정상적으로 운전하는 경우, 제1 연료 노즐을 통해 분사되는 액체 연료(LF)와 압축 공기(Air)는 서로 균일하게 혼합되어 연소실(1240) 내부로 분사될 수 있다.

한편, 도 10을 참조하면, 제1 노즐 몸체(1231)에는 제1 물 공급 유로(1235)가 배치되어, 제1 공기 분사 유로(1234)으로 물(W)을 공급할 수 있다. 제1 물 공급 유로(1235)는 제2 연료 분사 유로(1233) 둘레에 제1 공기 분사 유로(1234)와 나란하게 배치될 수 있다. 제1 물 공급 유로(1235)는 제1 공기 분사 유로(1234)와 연결되어, 분사되는 압축 공기(Air)를 향해 물(W)을 분사할 수 있다. 즉, 연소실로 분사된 액체 연료(LF)는 별도의 유로로 분사된 물(W)과 연소실 내부에서 혼합될 수 있다. 이와 같이 연소실 내부에서 액체 연료(LF)에 일정 비율의 물(W)이 혼합됨에 따라, 연소실 내부의 온도를 낮추어 연소시에 발생하는 질소산화물 등의 양을 감소시킬 수 있다.

다시, 도 6을 참조하면, 본 실시예의 제1 연료 노즐(HL1)에서는, 제1 노즐 몸체(1231) 둘레에 복수의 제1 스월러(SR1_A)가 서로 이격되어 배치될 수 있다. 복수의 제1 스월러(SR1_A)는 제1 스월러(SR1_A)에 형성된 연료 분사구를 통해 제1 노즐 몸체(1231) 주변에 가스 연료(미도시)를 공급하고, 복수의 제1 스월러(SR1_A)를 가로질러 흐르는 압축 공기(미도시)와 가스 연료(미도시)가 서로 혼합될 수 있다.

전술한 바와 같이, 복수의 제1 스월러(SR1_A)는 정상 운전시 가스 연료로 운전하는 경우에만 가스 연료를 분사할 수 있다. 즉, 제1 연료 분사 유로(1232) 또는 제2 연료 분사 유로(1233)가 액체 연료를 공급하지 않는 경우에만, 복수의 제1 스월러(SR1_A)가 가스 연료를 공급할 수 있다. 결국, 정상 운저시 액체 연료로 운전하는 경우에는, 복수의 제1 스월러(SR1_A)는 가스 연료를 공급하지 않는다. 마찬가지로, 정상 운전시 복수의 제1 스월러(SR1_A)가 가스 연료를 공급하는 경우에는, 제1 연료 분사 유로(1232) 또는 제2 연료 분사 유로(1233)는 액체 연료를 분사하지 않는다.

다만, 가스 연료 또는 액체 연료 운전 중 비 정상적인 운전이 불가피 한 경우, 운전 중 사용 연료를 가스 연료에서 액체 연료로, 또는 액체 연료에서 가스 연료로 전환하는 경우가 발생할 수 있다(Fuel transition). 여기에서, 비 정상적 운전이 발생하는 경우는, 예를 들어 가스 연료 혹은 액체 연료의 공급계통에 이상이 발생하거나 저장된 잔여 가스 연료 또는 액체 연료의 양이 부족한 경우일 수 있다. 가령, 가스 연료에서 액체 연료로 전환되는 연료 전환(Fuel transition) 운전 시에는, 가스 연료의 공급량을 감소시키는 동시에 액체 연료의 공급량을 서서히 증가시키는 과정을 거치게 된다. 이러한 과정에서는 일시적으로 가스 연료와 액체 연료가 동시에 공급되는 상황이 발생할 수 있다. 액체 연료에서 가스 연료로 운전모드를 전환하는 상황에서도 위와 동일한 상황이 발생할 수 있다.

도 11 내지 도 14를 참조하면, 제2 연료 노즐(LL1)은 제2 노즐 몸체(1241), 제3 연료 분사 유로(1243), 제2 공기 분사 유로(1244), 제2 물 공급 유로(1245) 및 제2 스월러(SR1_B)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제2 연료 노즐(LL1)은 운전 모드에 따라 가스 연료 또는 액체 연료를 선택적으로 분사할 수 있다. 본 실시예에서는, 제2 연료 노즐(LL1)은 제1 연료 노즐(HL1, 도 6 및 도 7 참조)과 달리, 점화 시에 사용되는 액체 연료를 분사하는 제1 연료 분사 유로(1232, 도 6 및 7)가 제2 노즐 몸체(1241) 중앙에 배치되지 않는다. 따라서, 제2 연료 노즐(LL1)은 점화가 완료된 후, 정상적으로 운전하는 경우에만 액체 연료(LF)를 분사할 수 있다. 도 11 내지 도 14에 도시된 제2 연료 노즐(LL1)은 도 4의 복수의 제2 연료 노즐(LL1∼LL3) 중 하나로, 다른 제2 연료 노즐(LL2, LL3)과 동일한 구조이므로, 제2 연료 노즐(LL2, LL3)의 설명은 생략하기로 한다.

제1 연료 노즐(HL1, 도 6 및 도 7 참조)의 제1 연료 분사 유로(1232, 도 6 및 도 7 참조)에서 분사된 액체 연료(LF, 도 8 참조)에 의해 점화가 완료되면, 제1 연료 분사 유로(1232, 도 6 및 도 7 참조) 및 제2 연료 분사 유로(1233, 도 6 및 도 7 참조) 뿐만 아니라 제2 연료 노즐(LL1)의 제3 연료 분사 유로(1243)도 액체 연료(LF)를 분사할 수 있다. 엔진의 운전 부하가 일정 수준 이상이 요구되어 더 많은 양의 액체 연료(LF)의 공급이 필요한 상황에 이르면, 제 1 연료노즐의 분사를 유지한 상태로 제2 연료 노즐(LL1)의 제3 연료 분사관(1243)이 추가적으로 액체 연료(LF)를 분사한다.

이때, 제3 연료 분사 유로(1243)는 중심축(1248)을 둘러싸며, 제2 중심선(CL2)을 따라 연장될 수 있다. 제3 연료 분사 유로(1243)는 제2 중심선(CL2)에 대해 미리 정해진 분무 각도로 액체 연료(LF)를 연소실(1240)로 분사할 수 있다. 중심축(1248)의 제3 단부는 제2 중심선(CL2)에 대해 미리 정해진 각도로 기울어진 외주면을 가질 수 있다. 예를 들어, 중심축(1248)의 제3 단부는 원뿔대 형상을 가질 수 있다. 도 12 내지 도 14에 도시된 중심축(1248)의 제3 단부는, 전술한 도 7의 제1 연료 분사 유로(1232)의 제1 단부(1232a_1)와 동일한 형상이므로, 도면 부호의 병기를 생략하기로 한다.

그리고, 제3 연료 분사 유로(1243)의 제4 단부에는 중심축(1248)의 제3 단부의 외주면과 마주보는 내주면이 형성될 수 있다. 제4 단부의 내주면은 제3 단부의 외주면의 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 제4 단부의 내주면도 제3 단부의 외주면과 마찬가지로 제2 중심선에 대해 미리 정해진 각도로 기울어질 수 있다. 예를 들어, 제4 단부의 내주면도 원뿔대 형상을 가질 수 있다. 이때, 도 12 내지 도 14에 도시된 제3 연료 분사 유로(1243)의 제4 단부는, 전술한 도 7의 제2 연료 분사 유로(1233)의 제2 단부(1233a_1)와 동일한 형상이므로, 도면 부호의 병기를 생략하기로 한다.

전술한 도 7의 제1 단부(1232a_1) 및 제2 단부(1233a_1)와 마찬가지로, 서로 마주보는 제3 단부의 외주면과 제4 단부의 내주면 사이에는 공간이 형성될 수 있다. 이러한 공간을 따라 제3 연료 분사 유로(1243)의 액체 연료(LF)가 이동함에 따라, 액체 연료(LF)는 제2 중심선(CL2)에 대해 미리 정해진 분무 각도로 분사될 수 있다.

한편, 제3 연료 분사 유로(1243) 둘레에는 액체 연료(LF)에 혼합되는 압축 공기(Air)를 분사하는 제2 공기 분사 유로(1244)가 배치될 수 있다. 제2 공기 분사 유로(1244)은 제3 연료 분사 유로(1243)와 나란하게 제2 중심선(CL2)을 따라 연장될 수 있다.

제2 공기 공급 유로(1246)를 통해 공급된 압축 공기(Air)가 제2 관통홀(1247)을 통해 제2 공기 분사 유로(1244) 내부로 유입될 수 있다. 유입된 압축 공기(Air)는 제2 중심선(CL2)을 따라 이동하다가, 중심축(1248)의 제3 단부와 제3 연료 분사 유로(1243)의 제4 단부 사이의 공간을 통해 미리 정해진 분무 각도로 분사된 액체 연료(LF)와 혼합되게 된다. 이때, 고압의 압축 공기(Air)는 미리 정해진 분무 각도로 분사되고 있는 액체 연료(LF)와 충돌하여, 액체 연료(LF)를 작은 크기의 액적으로 분화시키는 미립화 과정을 촉진할 수 있다.

미리 정해진 분무 각도로 분사된 액체 연료(LF)에 의해, 서로 혼합된 액체 연료(LF)와 압축 공기(Air)도 미리 정해진 분무 각도를 이루며 연소실(1240) 측으로 분사될 수 있다. 결국, 본 실시예에 따르면, 가스 터빈이 점화되어 정상적으로 운전하는 경우, 제2 연료 노즐을 통해 분사되는 액체 연료(LF)와 압축 공기(Air)는 서로 균일하게 혼합되어 연소실(1240) 내부로 분사될 수 있다.

한편, 도 14를 참조하면, 제2 노즐 몸체(1241)에는 제2 물 공급 유로(1245)가 배치되어, 제2 공기 분사 유로(1244)로 물(W)을 공급할 수 있다. 제2 물 공급 유로(1245)는 제3 연료 분사 유로(1243) 둘레에 제2 공기 분사 유로(1244)와 나란하게 배치될 수 있다. 제2 물 공급 유로(1245)는 제2 공기 분사 유로(1244)와 연결되어, 분사되는 압축 공기(Air)를 향해 물(W)을 분사할 수 있다. 즉, 연소실로 분사된 액체 연료(LF)는 별도의 유로로 분사된 물(W)과 연소실 내부에서 혼합될 수 있다. 이와 같이 연소실 내부에서 액체 연료(LF)에 일정 비율의 물(W)이 혼합됨에 따라, 연소실 내부의 온도를 낮추어 연소시에 발생하는 질소산화물 등의 양을 감소시킬 수 있다.

다시, 도 11을 참조하면, 본 실시예의 제2 연료 노즐(LL1)에서는, 제2 노즐 몸체(1241) 둘레에 복수의 제2 스월러(SR1_B)가 서로 이격되어 배치될 수 있다. 복수의 제2 스월러(SR1_B)는 제2 스월러(SR1_B)에 형성된 연료 분사구를 통해 제2 노즐 몸체(1241) 주변에 가스 연료(미도시)를 공급하고, 복수의 제2 스월러(SR1_B)를 가로질러 흐르는 압축 공기(미도시)와 가스 연료(미도시)가 서로 혼합될 수 있다.

전술한 바와 같이, 복수의 제2 스월러(SR1_B)는 가스 연료로 운전하는 경우에만 가스 연료를 분사할 수 있다. 즉, 제3 연료 분사 유로가 액체 연료를 공급하지 않는 경우에만, 복수의 제2 스월러(SR1_B)가 가스 연료를 공급할 수 있다. 결국, 액체 연료로 운전하는 경우에는, 복수의 제2 스월러(SR1_B)는 가스 연료를 공급하지 않는다. 마찬가지로, 복수의 제2 스월러(SR1_B)가 가스 연료를 공급하는 경우에는, 제3 연료 분사 유로(1243)는 액체 연료를 분사하지 않는다.

다시, 도 2를 참조하면, 복수의 라이너(1250)는 복수의 버너(1220) 각각의 하류에 각각 배치되며, 복수의 라이너(1250) 내부에 형성된 연소실(1240) 내부에서 버너(1220)의 연소 노즐(1230)에서 분사된 연료와 압축 공기가 연소될 수 있다. 이때, 복수의 라이너(1250)는 환형의 가상의 선을 따라 배치된 복수의 버너(1220) 마다 결합되기 때문에, 복수의 라이너(1250) 또한 환형의 가상의 선을 따라 배치될 수 있다.

복수의 라이너(1250) 각각은 이너 라이너(1253)와 아우터 라이너(1251)의 이중 구조로 이루어질 수 있다. 즉, 이너 라이너(1253)를 아우터 라이너(1251)가 둘러싸는 이중 구조로 이루어질 수 있다. 이때, 이너 라이너(1253)는 내부가 빈 관형 부재로서, 이너 라이너(1253)의 내부 공간, 즉 연소실(1240)에서 연료와 압축 공기가 연소된다.

한편, 트랜지션피스(1260)는 라이너(1250)의 하류에 위치하는데, 트랜지션피스(1260)는 라이너(1250) 내부에서 발생한 고압 가스를 터빈(1300)으로 고속으로 내보낼 수 있다. 트랜지션피스(1260)는 이너 트랜지션피스(1263)와 아우터 트랜지션피스(1261)의 이중 구조로 이루어질 수 있다. 즉, 이너 트랜지션피스(1263)를 아우터 트랜지션피스(1261)가 둘러싸는 이중 구조로 이루어질 수 있다. 이때, 이너 트랜지션피스(1263)도 이너 라이너(1253)와 마찬가지로, 내부가 빈 관형 부재이나 라이너(1250)에서 터빈(1300) 측으로 갈수록 직경이 점점 작아지는 형상으로 이루어질 수 있다.

이때, 이너 라이너(1253)와 이너 트랜지션피스(1263)는 플레이트 스프링 씰(미도시)에 의해 서로 결합될 수 있다. 이너 라이너(1253)와 이너 트랜지션피스(1263)의 각 단부는 연소기(1200)와 터빈(1300) 측에 각각 고정되기 때문에, 플레이트 스프링 씰(미도시)은 열팽창에 의한 길이 및 직경의 신장을 수용할 수 있는 구조로 이너 라이너(1253)와 이너 트랜지션피스(1263)를 지지할 수 있어야 한다.

그리고, 연소기(1200)는 가스 터빈(1000)에서 가장 고온 환경을 이루기 때문에 적절한 냉각이 필요하다. 고온의 연소 가스가 유동하는 라이너(1250)와 트랜지션피스(1260)의 외면을 따라 압축 공기가 흘러서 연소 노즐(1230) 쪽으로 공급되며, 이 과정에서 고온의 연소 가스에 의해 가열된 라이너(1250)와 트랜지션피스(1260)가 적절히 냉각된다.

본 실시예에 따른 가스 터빈(1000)은, 이너 라이너(1253)와 이너 트랜지션피스(1263)를 아우터 라이너(1251)와 아우터 트랜지션피스(1261)가 감싸는 구조로 되어 있고, 이너 라이너(1253)와 아우터 라이너(1251) 사이의 환형 공간과 이너 트랜지션피스(1263)와 아우터 트랜지션피스(1261) 사이의 환경 공간 안으로 압축 공기가 침투할 수 있다. 이와 같은 환형 공간을 침투한 압축 공기는 이너 라이너(1253)와 이너 트랜지션피스(1263)를 냉각시킬 수 있다.

한편, 이너 트랜지션피스(1263)를 둘러싸는 아우터 트랜지션피스(1261)에는 복수의 제1 냉각홀(1265)이 형성될 수 있다. 복수의 제1 냉각홀(1265)은 아우터 트랜지션피스(1261)를 관통하는 구멍으로, 복수의 제1 냉각홀(1265)을 관통한 공기(이하, 제트 플로우(jet flow))가 이너 트랜지션피스(1263)의 외주면에 수직으로 충돌하여 이너 트랜지션피스(1263)를 냉각시킬 수 있다.

이너 라이너(1253)를 둘러싸는 아우터 라이너(1251)에는 복수의 제2 냉각홀(1255)이 형성될 수 있다. 복수의 제2 냉각홀(1255)은 아우터 라이너(1251)를 관통하는 구멍으로, 전술한 제1 냉각홀(1265)과 마찬가지로 복수의 제2 냉각홀(1255)을 관통한 제트 플로우가 이너 라이너(1253)의 외주면에 수직으로 충돌하여 이너 라이너(1253)를 냉각시킬 수 있다.

한편, 연소기(1200)에서 생산된 고온, 고압의 연소 가스는 라이너(1250)와 트랜지션피스(1260)를 통해 터빈(1300)에 공급된다. 터빈(1300)에서는 연소 가스가 단열 팽창하면서 터빈(1300)의 회전축에 방사상으로 배치된 다수의 터빈 블레이드(1310)에 충돌, 반동력을 줌으로써 연소 가스의 열에너지가 회전축이 회전하는 기계적인 에너지로 변환된다. 터빈(1300)에서 얻은 기계적 에너지의 일부는 압축기에서 공기를 압축하는데 필요한 에너지로 공급되며, 나머지는 발전기를 구동하여 전력을 생산하는 등의 유효 에너지로 활용된다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

이상과 같이, 본 발명은 한정된 실시예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

1000 가스 터빈
1100 압축기
1130 압축기 블레이드
1140 베인
1150 하우징
1200 연소기
1210 노즐 케이싱
1220 버너
1230 연소 노즐
1240 연소실
1250 라이너
1251 아우터 라이너
1253 이너 라이너
1255 제2 냉각홀
1260 트랜지션피스
1261 아우터 트랜지션피스
1263 이너 트랜지션피스
1265 제1 냉각홀
1231 제1 노즐 몸체
1232 제1 연료 분사 유로
1232a_1 제1 단부
1233 제2 연료 분사 유로
1233a_1 제2 단부
1234 제1 공기 분사 유로
1235 제1 물 공급 유로
1241 제2 노즐 몸체
1243 제3 연료 분사 유로
1244 제2 공기 분사 유로
1245 제2 물 공급 유로
LF 액체 연료
Air 압축 공기
HL1∼HL3 제1 연료 노즐
LL1∼LL3 제2 연료 노즐
SR1_A 제1 스월러
SR1_B 제2 스월러

Claims

노즐 케이싱 및 상기 노즐 케이싱 내부에서 환형의 가상의 선을 따라 서로 이격되어 배치되는 복수의 제1 연료 노즐을 포함하는 연소기로서,
상기 복수의 제1 연료 노즐 각각은,
상기 제1 연료 노즐의 중심에 위치하며, 상기 제1 연료 노즐의 중심을 지나는 제1 중심선을 따라 연장되어 연소실 측으로 액체 연료를 분사하는 제1 연료 분사 유로;
상기 제1 연료 분사 유로를 둘러싸며, 상기 제1 중심선에 대해 미리 정해진 분무 각도로 상기 연소실 측으로 액체 연료를 분사하는 제2 연료 분사 유로; 및
상기 제2 연료 분사 유로를 둘러싸며, 상기 제2 연료 분사 유로로부터 분사된 상기 액체 연료와 혼합되는 공기를 분사하는 제1 공기 분사 유로;를 포함하는, 연소기.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 연료 분사 유로 및 상기 제2 연료 분사 유로 각각은, 상기 연소실 측에 인접한 제1 단부 및 제2 단부를 포함하며,
서로 마주보는 상기 제1 단부의 외주면과 상기 제2 단부의 내주면은 상기 제1 중심선에 대해 미리 정해진 각도로 기울어진, 연소기.
제 2 항에 있어서,
상기 제1 단부의 외주면과 상기 제2 단부의 내주면 사이의 공간을 따라 상기 제2 연료 분사 유로의 상기 액체 연료가 상기 연소실 측으로 분사되는, 연소기.
제 2 항에 있어서,
상기 제1 단부의 상기 외주면은 원뿔대 형상을 갖는, 연소기.
제 4 항에 있어서,
상기 제2 단부의 상기 내주면은 상기 제1 단부의 상기 외주면에 대응된 형상을 갖는, 연소기.
제 5 항에 있어서,
상기 제2 단부의 상기 내주면은 원뿔대 형상을 갖는, 연소기.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 공기 분사 유로와 연결되며, 상기 제1 공기 분사 유로 내부로 물을 공급하는 제1 물 공급 유로를 더 포함하며,
상기 제1 공기 분사 유로 내부에서 상기 물과 상기 공기가 혼합되어 분사되는, 연소기.
제 7 항에 있어서,
상기 제1 물 공급 유로는 상기 제1 공기 분사 유로와 함께 상기 제2 연료 분사 유로를 둘러싸는, 연소기.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 연료 분사 유로 및 상기 제2 연료 분사 유로 중 어느 하나에서 상기 연소실 내부로 상기 액체 연료를 분사하는, 연소기.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 제1 연료 노즐 각각은,
상기 제1 공기 분사 유로 둘레를 따라 서로 이격되어 배치되며, 가스 연료를 분사하는 복수의 제1 스월러를 더 포함하는, 연소기.
제 1 항에 있어서,
상기 환형의 가상의 선을 따라 배치되며, 상기 복수의 제1 연료 노즐 중 인접한 한 쌍의 제1 연료 노즐 사이에 각각 배치되는 복수의 제2 연료 노즐을 더 포함하는, 연소기.
제 11 항에 있어서,
상기 복수의 제2 연료 노즐 각각은,
상기 제2 연료 노즐의 중심에 위치하며, 상기 제2 연료 노즐의 중심을 지나는 제2 중심선을 따라 연장되는 중심축;
상기 중심축을 둘러싸며, 상기 제2 중심선에 대해 미리 정해진 분무 각도로 상기 연소실 측으로 액체 연료를 분사하는 제3 연료 분사 유로; 및
상기 제3 연료 분사 유로를 둘러싸며, 상기 제3 연료 분사 유로로부터 분사된 상기 액체 연료와 혼합되는 공기를 분사하는 제2 공기 분사 유로;를 포함하는, 연소기.
제 12 항에 있어서,
상기 중심축 및 상기 제3 연료 분사 유로 각각은, 상기 연소실 측에 인접한 제3 단부 및 제4 단부를 포함하며,
서로 마주보는 상기 제3 단부의 외주면과 상기 제4 단부의 내주면은 상기 제2 중심선에 대해 미리 정해진 각도로 기울어진, 연소기.
제 13 항에 있어서,
상기 제3 단부의 외주면과 상기 제4 단부의 내주면 사이의 공간을 따라 상기 제3 연료 분사 유로의 상기 액체 연료가 상기 연소실 측으로 분사되는, 연소기.
제 14 항에 있어서,
상기 제4 단부의 상기 내주면은 상기 제3 단부의 상기 외주면에 대응된 형상을 갖는, 연소기.
제 15 항에 있어서,
상기 제3 단부의 외주면과 상기 제4 단부의 내주면은 원뿔대 형상을 갖는, 연소기.
제 12 항에 있어서,
상기 제2 공기 분사 유로와 연결되며, 상기 제2 공기 분사 유로 내부로 물을 공급하는 제2 물 공급 유로를 더 포함하며,
상기 제2 공기 분사 유로 내부에서 상기 물과 상기 공기가 혼합되어 분사되는, 연소기.
제 12 항에 있어서,
상기 복수의 제2 연료 노즐 각각은,
상기 제2 공기 분사 유로 둘레를 따라 서로 이격되어 배치되며, 가스 연료를 분사하는 복수의 제2 스월러를 더 포함하는, 연소기.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 제1 연료 노즐은, 상기 제1 연료 분사 유로 내부에 배치되며 상기 제1 연료 분사 유로를 통과하는 상기 액체 연료를 선회시키는 선회 슬롯을 더 포함하는, 연소기.
외부에서 유입된 공기를 압축하는 압축기, 상기 압축기에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소하는 연소기 및 상기 연소기에서 연소된 연소 가스에 의해 회전하는 복수의 터빈 블레이드를 포함하는 터빈을 포함하는 가스 터빈으로서,
상기 연소기는,
노즐 케이싱 및
상기 노즐 케이싱 내부에서 환형의 가상의 선을 따라 서로 이격되어 배치되는 복수의 제1 연료 노즐을 포함하며,
상기 복수의 제1 연료 노즐 각각은,
상기 제1 연료 노즐의 중심에 위치하며, 상기 제1 연료 노즐의 중심을 지나는 제1 중심선을 따라 연장되어 연소실 측으로 액체 연료를 분사하는 제1 연료 분사 유로;
상기 제1 연료 분사 유로를 둘러싸며, 상기 제1 중심선에 대해 미리 정해진 분무 각도로 상기 연소실 측으로 액체 연료를 분사하는 제2 연료 분사 유로; 및
상기 제2 연료 분사 유로를 둘러싸며, 상기 제2 연료 분사 유로로부터 분사된 상기 액체 연료와 혼합되는 공기를 분사하는 제1 공기 분사 유로;를 포함하는, 가스 터빈.
제 20 항에 있어서,
상기 제1 연료 분사 유로 및 상기 제2 연료 분사 유로 각각은, 상기 연소실 측에 인접한 제1 단부 및 제2 단부를 포함하며,
서로 마주보는 상기 제1 단부의 외주면과 상기 제2 단부의 내주면은 상기 제1 중심선에 대해 미리 정해진 각도로 기울어진, 가스 터빈.
제 21 항에 있어서,
상기 제2 단부의 상기 내주면은 상기 제1 단부의 상기 외주면에 대응된 형상을 갖는, 가스 터빈.
제 22 항에 있어서,
상기 제1 단부의 상기 외주면 및 상기 제2 단부의 내주면은 원뿔대 형상을 갖는, 가스 터빈.
제 20 항에 있어서,
상기 제1 공기 분사 유로와 연결되며, 상기 제1 공기 분사 유로 내부로 물을 공급하는 제1 물 공급 유로를 더 포함하며,
상기 제1 공기 분사 유로 내부에서 상기 물과 상기 공기가 혼합되어 분사되는, 가스 터빈.
제 20 항에 있어서,
상기 환형의 가상의 선을 따라 배치되며, 상기 복수의 제1 연료 노즐 중 인접한 한 쌍의 제1 연료 노즐 사이에 배치되는 복수의 제2 연료 노즐을 더 포함하는, 가스 터빈.
제 25 항에 있어서,
상기 복수의 제2 연료 노즐 각각은,
상기 제2 연료 노즐의 중심에 위치하며, 상기 제2 연료 노즐의 중심을 지나는 제2 중심선을 따라 연장되는 중심축;
상기 중심축을 둘러싸며, 상기 제2 중심선에 대해 미리 정해진 분무 각도로 상기 연소실 측으로 액체 연료를 분사하는 제3 연료 분사 유로; 및
상기 제3 연료 분사 유로를 둘러싸며, 상기 제3 연료 분사 유로로부터 분사된 상기 액체 연료와 혼합되는 공기를 분사하는 제2 공기 분사 유로;를 포함하는, 가스 터빈.
제 25 항에 있어서,
상기 중심축 및 상기 제3 연료 분사 유로 각각은, 상기 연소실 측에 인접한 제3 단부 및 제4 단부를 포함하며,
서로 마주보는 상기 제3 단부의 외주면과 상기 제4 단부의 내주면은 미리 정해진 간격으로 서로 이격된, 가스 터빈.
제 27 항에 있어서,
상기 제4 단부의 상기 내주면은 상기 제3 단부의 상기 외주면에 대응된 형상을 갖는, 가스 터빈.
제 28 항에 있어서,
상기 제3 단부의 외주면과 상기 제4 단부의 내주면은 원뿔대 형상을 갖는, 가스 터빈.