KR20190059540A

KR20190059540A - 슬라이딩 결속구조의 메인노즐을 포함하는 가스 터빈 엔진의 연소기, 및 이를 포함하는 가스 터빈

Info

Publication number: KR20190059540A
Application number: KR1020170157233A
Authority: KR
Inventors: 최인찬
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2017-11-23
Filing date: 2017-11-23
Publication date: 2019-05-31
Also published as: KR102032311B1

Abstract

슬라이딩 결속구조의 메인노즐을 포함하는 가스 터빈 엔진의 연소기, 및 이를 포함하는 가스 터빈이 제시된다. 본 발명의 실시예에 따른 연소기는, 내측에 내경방향으로 서로 소정 거리만큼 이격되어 공기통로를 형성하는 내부케이싱과 외부케이싱을 포함하고, 상기 공기통로를 통하여 유입된 연소용 공기를 연료와 혼합하여 중앙노즐과 메인노즐을 통하여 연소실로 분사하는 연소기로서, 상기 중앙노즐은 내부케이싱 중심부에 연소기의 축방향으로 설치되고, 상기 메인노즐은 중앙노즐을 둘러싸도록 내부케이싱 내부에 복수 배치되며, 상기 메인노즐은, 소정 폭만큼 겹쳐져 슬라이딩 가능한 구조로 결속된 이너노즐(inner tubular component)과 아우터노즐(outer tubular component)로 구성되고, 상기 이너노즐과 아우터노즐은 열팽창에 의해 서로 슬라이딩 되어 메인노즐의 전체길이가 가변되는 것을 구성의 요지로 한다.
본 발명에 따르면, 이너노즐에 설치되는 벨로우즈를 제거할 수 있고, 열변형량을 효과적으로 흡수할 수 있어, 인너노즐과 아우터노즐의 구조적 안정성을 확보할 수 있으며, 연소기의 혼합기 분사효율을 안정적으로 보장할 수 있는 구조를 포함하는 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈을 제공할 수 있다.

Description

슬라이딩 결속구조의 메인노즐을 포함하는 가스 터빈 엔진의 연소기, 및 이를 포함하는 가스 터빈{Burner Having Main Nozzle With Sliding Connecting Structure, And Gas Turbine Having The Same}

본 발명은 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈에 관한 것이다.

가스 터빈 엔진의 열역학적 사이클은 이상적으로는 브레이튼 사이클(Brayton cycle)을 따른다. 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.

위와 같은 브레이튼 사이클을 실현하는 가스 터빈 엔진은 압축기와 연소기, 터빈을 포함한다. 도 1은 가스 터빈 엔진(1000)의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 이하의 설명은 도 1을 참조하겠지만, 본 발명의 설명은 도 1에 예시적으로 도시된 가스 터빈 엔진(1000)과 동등한 구성을 가진 터빈 기관에 대해서도 폭넓게 적용될 수 있다.

가스 터빈 엔진(1000)의 압축기(1100)는 공기를 흡입하여 압축하는 역할을 하는 부분이며, 연소기(1200)에 연소용 공기를 공급하는 한편 가스 터빈 엔진(1000)에서 냉각이 필요한 고온 영역에 냉각용 공기를 공급하는 것이 주된 역할이다. 흡입된 공기는 압축기(1100)에서 단열압축 과정을 거치게 되므로, 압축기(1100)를 통과하는 공기의 압력과 온도는 올라가게 된다.

가스 터빈 엔진(1000)에 포함되는 압축기(1100)는 보통 원심 압축기(centrifugal compressors)나 축류 압축기(axial compressor)로 설계되는데, 소형 가스 터빈 엔진에서는 원심 압축기가 적용되는 반면, 도 1에 도시된 대형 가스 터빈 엔진(1000)은 대량의 공기를 압축해야 하기 때문에 다단 축류 압축기(1100)가 적용되는 것이 일반적이다. 압축기(1100)의 회전축과 터빈(1300)의 회전축은 직결되어 있고, 따라서 압축기(1100)는 터빈(1300)에서 출력되는 동력의 일부를 사용하여 구동된다.

그리고, 연소기(1200)는 압축기(1100)의 출구로부터 공급되는 압축 공기를 연료와 혼합하여 등압 연소시켜 높은 에너지의 연소가스를 만들어 낸다. 도 2는 가스 터빈 엔진(1000)에 구비되는 연소기(1200)의 일례를 보여준다. 연소기(1200)는 압축기(1100)의 하류에 배치되며, 환형을 이루는 연소기 케이싱(1210)을 따라 복수 개의 버너(1220)가 배치된다. 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.

연소기(1200)는 가스 터빈 엔진(1000)에서 가장 고온 환경을 이루기 때문에 적절한 냉각이 필요하다. 도 2를 참조하면, 버너(1220)와 터빈(1300) 사이를 연결하여 고온의 연소가스가 유동하는 덕트 조립체, 즉 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260), 유동 슬리브(1270)로 이루어진 관 조립체의 외면을 따라 압축공기가 흘러서 연소 노즐(1230) 쪽으로 공급되는 유로를 확인할 수 있다. 압축공기가 관 조립체의 외면을 따라 이동하는 과정 중에 고온의 연소가스에 의해 가열된 덕트 조립체가 적절히 냉각된다.

더욱 구체적으로, 종래 기술에 따른 연소기(1200)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 내측에 내경방향으로 서로 소정 거리만큼 이격되어 공기통로(1211)를 형성하는 내부케이싱(1250)과 외부케이싱(1210)을 포함하고, 상기 공기통로(1211)를 통하여 유입된 연소용 공기를 연료와 혼합하여 중앙노즐(1230)과 메인노즐(1231)을 통하여 연소실로 분사하는 구조이다.

이때, 중앙노즐(1230)는 내부케이싱(1250)의 중심부에 연소기의 축방향으로 설치되고, 메인노즐(1231)은 중앙노즐(1230)을 둘러싸도록 내부케이싱(1250) 내부에 복수 배치되어 있다.

도 3에는 메인노즐(1231)의 더욱 구체적인 구조를 나타내는 단면도가 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 종래 기술에 따른 메인노즐(1231)은 중심축이 동일하고 사이에 공기통로를 형성하는 이너노즐(inner tubular component, 1231-1)과 아우터노즐(outer tubular component, 1231-2)로 구성되는 동축 이중 노즐구조이다.

이때, 이너노즐(1231-1)과 아우터노즐(1231-2)에 가해지는 열에너지의 양이 달라 서로 다른 열변형 거동을 보이는 바, 이에 대한 열변형을 흡수하기 위해 벨로우즈(bellows, 1231-3)를 장착하여 구조적 안정성을 보장하고 있다.

그러나, 종래 기술에 따른 메인노즐(1231)의 경우, 비교적 부피를 크게 차지하는 벨로우즈(1231-3) 때문에 조립, 설치 및 운용에 있어 불리한 점을 가지고 있으며, 벨로우즈(1231-1)를 별도로 제작하여 조립해야하므로 제작에 소요되는 비용 측면에 있어서도 불리한 점을 가지고 있다.

따라서, 종래 기술에 따른 문제점을 해결할 수 있는 구조를 포함하는 연소기에 대한 기술이 필요한 실정이다.

한국공개특허 10-2017-0008394 (2017년 01월 24일 공개)

본 발명은, 이너노즐에 설치되는 벨로우즈를 제거할 수 있고, 열변형에 의한 외력에 의해서도 인너노즐과 아우터노즐의 구조적 안정성을 확보할 수 있으며, 연소기의 혼합기 분사효율을 안정적으로 보장할 수 있는 구조를 포함하는 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 연소기는, 내측에 내경방향으로 서로 소정 거리만큼 이격되어 공기통로를 형성하는 내부케이싱과 외부케이싱을 포함하고, 상기 공기통로를 통하여 유입된 연소용 공기를 연료와 혼합하여 중앙노즐과 메인노즐을 통하여 연소실로 분사하는 연소기로서, 상기 중앙노즐은 내부케이싱 중심부에 연소기의 축방향으로 설치되고, 상기 메인노즐은 중앙노즐을 둘러싸도록 내부케이싱 내부에 복수 배치되며, 상기 메인노즐은, 소정 폭만큼 겹쳐져 슬라이딩 가능한 구조로 결속된 이너노즐(inner tubular component)과 아우터노즐(outer tubular component)로 구성되고, 상기 이너노즐과 아우터노즐이 겹쳐진 부분에는 소정 크기의 탄성복원력을 가지는 소재로 구성된 스프링 구조의 실링부재가 장착된 구성일 수 있다.

이 경우, 상기 실링부재는, 이너노즐과 아우터노즐이 서로 축방향으로 상대적 위치변경이 가능하도록 장착될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 실링부재의 하단부는, 이너노즐의 외주면에 소정 깊이만큼 삽입되어 장착되고, 상기 실링부재의 상단부는, 아우터노즐의 내주면에 소정 깊이만큼 삽입되어 장착될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 실링부재는, 외부로부터 제공되는 열에너지에 의해 이너노즐과 아우터노즐의 상대적 위치 변형량을 흡수하고, 외부로부터 열에너지의 공급이 차단될 경우 이너노즐과 아우터노즐의 최초 상대적 위치를 복원시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 이너노즐과 아우터노즐이 겹쳐진 부분에는 슬라이딩 구조가 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 아우터노즐과 겹쳐지는 이너노즐의 외주면에는 하나 이상의 슬라이딩 링이 장착될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 아우터노즐과 겹쳐지는 이너노즐의 외주면에는 하나 이상의 피스톤 링이 장착될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 아우터노즐과 겹쳐지는 이너노즐의 외주면에는 하나 이상의 슬라이딩 링과 피스톤 링이 장착될 수 있다.

이 경우, 상기 슬라이딩 링과 피스톤 링은 서로 교대로 번갈아가며 배치될 수 있다.

또한, 상기 슬라이딩 링과 피스톤 링은 이너노즐의 외주면에 소정 깊이만큼 삽입되어 장착될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 아우터노즐의 일단부에는 이너노즐의 외주면 방향으로 소정 길이만큼 연장되어 이너노즐의 슬라이딩 변경 가능 길이를 제한하는 멈춤 돌기가 형성될 수 있다.

이 경우, 상기 멈춤 돌기는, 이너노즐과 아우터노즐 사이의 결속 부분을 실링하도록, 이너노즐의 외주면과 밀착되는 구조일 수 있다.

또한, 상기 멈춤 돌기의 내측에는, 이너노즐의 외주면과 슬라이딩됨과 동시에 이너노즐과 아우터노즐을 서로 실링하는 피스톤 링이 장착될 수 있다.

또한, 상기 멈춤 돌기의 내측에는, 이너노즐의 외주면과 슬라이딩됨과 동시에 이너노즐과 아우터노즐을 서로 실링하는 슬라이딩 링과 피스톤 링이 서로 교대로 번갈아가며 배치되어 장착될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 아우터노즐과 겹쳐지는 이너노즐의 외주면에는 하나 이상의 슬라이딩 레일이 형성되어 있고, 상기 이너노즐과 겹쳐지는 아우터노즐의 내주면에는 슬라이딩 레일과 대응되는 구조의 슬라이딩 돌기가 형성될 수 있다.

또한, 상기 아우터노즐의 일단부에는 이너노즐의 외주면 방향으로 소정 길이만큼 연장되어 이너노즐의 슬라이딩 변경 가능 길이를 제한하는 멈춤 돌기가 형성될 수 있다.

이 경우, 상기 멈춤 돌기는, 이너노즐과 아우터노즐의 결속 부분을 실링하도록, 이너노즐의 외주면과 밀착되는 구조일 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 연소기를 포함하는 가스 터빈을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 특정 크기의 탄성복원력을 가지는 소재로 구성된 스프링 구조의 실링부재를 슬라이딩 가능한 구조로 결속되는 이너노즐과 아우터노즐 사이에 배치함으로써, 이너노즐에 설치되는 벨로우즈를 제거할 수 있고, 열변형량을 효과적으로 흡수할 수 있어, 인너노즐과 아우터노즐의 구조적 안정성을 확보할 수 있으며, 연소기의 혼합기 분사효율을 안정적으로 보장할 수 있는 구조를 포함하는 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 특정 구조의 슬라이딩 가능한 구조로 결속되는 이너노즐과 아우터노즐로 구성되는 메인노즐을 구비함으로써, 이너노즐에 설치되는 벨로우즈를 제거할 수 있고, 열변형량을 효과적으로 흡수할 수 있어, 인너노즐과 아우터노즐의 구조적 안정성을 확보할 수 있으며, 연소기의 혼합기 분사효율을 안정적으로 보장할 수 있는 구조를 포함하는 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 이너노즐과 아우터노즐을 소정 폭만큼 겹쳐서 결속시키고, 결속되는 부분에 슬라이딩 링, 피스톤 링을 장착함으로써, 열변형에 의한 외력에 의해서도 이너노즐과 아우터노즐의 열변형을 효과적으로 흡수함과 동시에 이너노즐과 아우터노즐 사이의 실링구조를 효과적으로 달성할 수 있어, 결과적으로 연소기의 혼합기 분사효율을 안정적으로 보장할 수 있는 구조를 포함하는 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 특정 구조의 멈춤 돌기를 아우터노즐의 일단부에 형성함으로써, 열변형에 의한 이너노즐과 아우터노즐의 열변형에 의해 이너노즐과 아우터노즐의 상대적 위치의 변경 범위를 손쉽게 제한할 수 있어, 인너노즐과 아우터노즐의 구조적 안정성을 확보할 수 있는 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 특정 구조의 슬라이딩 레일 및 슬라이딩 돌기를 이너노즐과 아우터노즐의 특정 부분에 형성함으로써, 이너노즐에 설치되는 벨로우즈를 제거할 수 있고, 열변형량을 효과적으로 흡수할 수 있어, 인너노즐과 아우터노즐의 구조적 안정성을 확보할 수 있으며, 연소기의 혼합기 분사효율을 안정적으로 보장할 수 있는 구조를 포함하는 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈을 제공할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 가스 터빈 엔진의 전체적인 구조를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 가스 터빈 엔진에서 연소기 부분만을 발췌하여 나타낸 단면도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 연소기의 메인노즐을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 메인노즐의 이너노즐과 아우터노즐의 결속부분만을 확대하여 나타낸 부분확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 메인노즐의 이너노즐과 아우터노즐의 결속부분만을 확대하여 나타낸 부분확대도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 메인노즐의 이너노즐과 아우터노즐의 결속부분만을 확대하여 나타낸 부분확대도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 메인노즐의 이너노즐과 아우터노즐의 결속부분만을 확대하여 나타낸 부분확대도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 메인노즐의 이너노즐과 아우터노즐의 결속부분만을 확대하여 나타낸 부분확대도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 메인노즐의 이너노즐과 아우터노즐의 결속부분만을 확대하여 나타낸 부분확대도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 메인노즐의 이너노즐과 아우터노즐의 결속부분만을 확대하여 나타낸 부분확대도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 실시형태를 설명함에 있어서 당업자라면 자명하게 이해할 수 있는 공지의 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 생략될 것이다. 또한 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부여할 것이며, 도면을 참조할 때에는 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등이 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있음을 고려하여야 한다.

그리고, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 개재되면서 간접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고도 이해되어야 할 것이다.

도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 메인노즐의 이너노즐과 아우터노즐의 결속부분만을 확대하여 나타낸 부분확대도가 도시되어 있다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 연소기는, 앞서 설명한 바와 같이, 내측에 내경방향으로 서로 소정 거리만큼 이격되어 공기통로를 형성하는 내부케이싱과 외부케이싱을 포함하고, 상기 공기통로를 통하여 유입된 연소용 공기를 연료와 혼합하여 중앙노즐과 메인노즐을 통하여 연소실로 분사하는 연소기로서, 특정 구조의 이너노즐(inner tubular component, 110)과 아우터노즐(outer tubular component, 120)로 구성되는 메인노즐(100)을 포함하는 구성일 수 있다.

본 실시예에 따른 메인노즐(100)을 구성하는 이너노즐(110)과 아우터노즐(120)은 열팽창에 의해 서로 슬라이딩 가능한 구조(101)로 결속되어 있어, 이너노즐에 설치되는 벨로우즈를 제거할 수 있고, 열변형량을 효과적으로 흡수할 수 있어, 인너노즐과 아우터노즐의 구조적 안정성을 확보할 수 있으며, 연소기의 혼합기 분사효율을 안정적으로 보장할 수 있는 구조를 포함하는 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈을 제공할 수 있다.

이하에서는 본 실시예에 따른 연소기의 메인노즐(100)을 구성하는 각 구성에 대해 여러 실시예를 들어 상세히 설명하기로 한다.

도 4에는 본 발명의 첫 번째 실시예에 따른 메인노즐(100)의 구조가 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 메인노즐(100)을 구성하는 이너노즐(110)과 아우터노즐(120)은 소정 폭(W)만큼 겹쳐져 결속되고, 이때, 이너노즐(110)과 아우터노즐(120)이 겹쳐진 부분에는 슬라이딩 구조가 형성될 수 있다.

이때, 슬라이딩 구조라 함은, 열변형에 의해 이너노즐(110)과 아우터노즐(120)의 축방향 길이가 상대적으로 변경되어 이넌노즐(110)과 아우터노즐(120)의 상대적 위치를 변경시킬 수 있는 구조이다. 따라서, 슬라이딩 구조에 채택될 수 있는 구조는 열변형에 의해 축방향 길이를 흡수할 수 있는 구조라면 특별히 제한되는 것은 아니다.

예를 들어, 아우터노즐(120)과 겹쳐지는 이너노즐(110)의 외주면에는 하나 이상의 슬라이딩 레일이 형성되어 있고, 이너노즐(110)과 겹쳐지는 아우터노즐(120)의 내주면에는 슬라이딩 레일과 대응되는 구조의 슬라이딩 돌기가 형성될 수 있다.

도 5에는 본 발명의 대표 실시예에 따른 메인노즐(100)을 구성하는 이너노즐(110)과 아우터노즐(120)의 구조가 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 이너노즐(110)과 아우터노즐(120)은 소정 폭(W)만큼 겹쳐져 결속된 구조로서, 아우터노즐(120)과 이너노즐(110)이 서로 면접촉하는 부분에는 소정 크기의 탄성복원력을 가지는 소재로 구성된 스프링 구조의 실링부재(133)가 장착될 수 있다.

구체적으로, 상기 언급한 실링부재(133)는, 이너노즐(110)과 아우터노즐(120)이 서로 축방향으로 상대적 위치변경이 가능하도록 장착됨이 바람직하다.

이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 실링부재(133)의 하단부는, 이너노즐(110)의 외주면에 소정 깊이만큼 삽입되어 장착되고, 실링부재(133)의 상단부는, 아우터노즐(120)의 내주면에 소정 깊이만큼 삽입되어 장착됨이 바람직하다.

이 경우, 본 실시예에 따른 실링부재(133)는, 외부로부터 제공되는 열에너지에 의해 이너노즐(110)과 아우터노즐(120)의 상대적 위치 변형량을 흡수하고, 외부로부터 열에너지의 공급이 차단될 경우 이너노즐(110)과 아우터노즐(120)의 최초 상대적 위치를 복원시킬 수 있다.

도 6에는 본 발명의 두 번째 실시예에 따른 메인노즐(100)을 구성하는 이너노즐(110)과 아우터노즐(120)의 구조가 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 이너노즐(110)과 아우터노즐(120) 역시 소정 폭(W)만큼 겹쳐져 결속된 구조로서, 아우터노즐(120)과 겹쳐지는 이너노즐(110)의 외주면에는 하나 이상의 슬라이딩 링(131)이 장착될 수 있다.

도 6의 부분 확대도에 도시된 바와 같이, 슬라이딩 링(131)은, 이너노즐(110)의 외주면에 소정 깊이(d)만큼 삽입되어 장착됨이 바람직하다. 또한, 하나 이상의 슬라이딩 링(131)이 장착될 경우, 슬라이딩 링(131) 사이에는 소정량의 윤활물질(134)가 충진될 수 있다. 이때 충진되는 윤활물질(134)은 내열성 소재로 구성됨이 바람직하다.

상기 언급한 슬라이딩 링(131)은, 이너노즐(110)와 아우터노즐(120)이 서로 면접촉하는 부분에 장착되어 열변형에 의한 축방향 슬라이딩 변형을 안정적으로 유도할 수 있고, 이와 더불어 이너노즐(110)과 아우터노즐(120)의 결속 부분에 대한 실링(sealing) 역시 보장할 수 있다.

경우에 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 슬라이딩 링(131)은 이너노즐(110)의 외주면에 하나 이상 장착될 수 있다. 슬라이딩 링(131)의 장착 개 수 및 장착 위치는 열변형량을 고려하여 적절히 변경 가능함은 물론이다.

도 7에는 본 발명의 세 번째 실시예에 따른 메인노즐(100)을 구성하는 이너노즐(110)과 아우터노즐(120)의 구조가 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 이너노즐(110)과 아우터노즐(120) 역시 소정 폭(W)만큼 겹쳐져 결속된 구조로서, 아우터노즐(120)과 겹쳐지는 이너노즐(110)의 외주면에는 하나 이상의 피스톤 링(132)과 슬라이딩 링(131)이 장착될 수 있다.

도 6에서도 설명한 바와 같이, 피스톤 링(132) 역시 이너노즐(110)의 외주면에 소정 깊이(d)만큼 삽입되어 장착됨이 바람직하다.

상기 언급한 피스톤 링(132)은, 이너노즐(110)와 아우터노즐(120)이 서로 면접촉하는 부분에 장착되어 이너노즐(110)과 아우터노즐(120)의 결속 부분에 대한 실링(sealing) 역시 보장할 수 있는 구성이다.

경우에 따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 피스톤 링(132)과 슬라이딩 링(131)은 각각 둘 이상 장착될 수 있으며, 이 경우, 교대로 번갈아가며 배치될 수 있다. 피스톤 링(132)과 슬라이딩 링(131)의 장착 개 수 및 장착 위치는 열변형량을 고려하여 적절히 변경 가능함은 물론이다.

도 8에는 본 발명의 네 번째 실시예에 따른 메인노즐(100)을 구성하는 이너노즐(110)과 아우터노즐(120)의 구조가 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 이너노즐(110)과 아우터노즐(120) 역시 소정 폭(W)만큼 겹쳐져 결속된 구조로서, 아우터노즐(120)의 일단부에는 이너노즐(110)의 외주면 방향으로 소정 길이만큼 연장되어 이너노즐(110)의 슬라이딩 변경 가능 길이를 제한하는 멈춤 돌기(121)가 형성될 수 있다.

이 경우, 멈춤 돌기(121)는, 이너노즐(110)과 아우터노즐(120) 결속 부분을 실링하도록, 이너노즐(110)의 외주면과 밀착되는 구조임이 바람직하다.

또한, 이너노즐(110)의 일단부에도 아우터노즐(120)의 내주면과 대응되는 접촉면을 가지는 멈춤 돌기(111)가 형성될 수 있다. 이 경우, 이너노즐(110)에 형성된 멈춤 돌기(111)는 아우터노즐(120)에 형성된 멈춤 돌기(121)와 함께 맞물려 이너노즐(110)의 슬라이딩 변경 가능 길이를 더욱 안정적으로 제한할 수 있다.

도 9에는 본 발명의 다섯 번째 실시예에 따른 메인노즐(100)을 구성하는 이너노즐(110)과 아우터노즐(120)의 구조가 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 이너노즐(110)과 아우터노즐(120)의 각각의 단부에는 멈춤 돌기(111, 121)가 각각 형성될 수 있다. 이때, 임의로 선택되는 멈춤 돌기(111, 121)의 내측에는 슬라이딩 링(131) 또는 피스톤 링(132)가 장착될 수 있다.

이때, 아우터노즐(120)의 멈춤 돌기(121)의 내측에 장착된 슬라이딩 링(131) 또는 피스톤 링(132)은 아우터노즐(120)의 내주면에 장착되어 아우터노즐(120)의 거동과 함께 슬라이딩 됨이 바람직하다.

또한, 이너노즐(110)의 멈춤 돌기(111)의 내측에 장착된 슬라이딩 링(131) 또는 피스톤 링(132)은 이너노즐(110)의 외주면에 장착되어 이너노즐(110)의 거동과 함께 슬라이딩 됨이 바람직하다.

경우에 따라서, 도 10에 도시된 바와 같이, 이너노즐(110)의 멈춤 돌기(111)와 아우터노즐(120)의 멈춤 돌기(121) 사이에 둘 이상의 슬라이딩 링(131) 또는 피스톤 링(132)을 장착할 수 있으며, 이때, 슬라이딩 링(131)과 피스톤 링(132)이 서로 교대로 번갈아가며 배치하여 이너노즐(110)와 아우터노즐(120)의 안정적인 슬라이딩 구동뿐만 아니라 안정적인 실링도 보장할 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 언급한 본 발명에 따른 압축기를 포함하는 가스 터빈을 제공할 수 있는 바, 압축 공기의 유동 특성을 향상시킴과 동시에 압축기에 가해지는 스트레스를 저감시킬 수 있는 구조를 포함하는 가스 터빈을 제공할 수 있다.

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.

1000: 종래 기술에 따른 가스 터빈
1100: 압축기
1200: 연소기
1210: 외부케이싱
1211: 공기통로
1230: 중앙노즐
1231: 메인노즐
1250: 내부케이싱
1300: 터빈
100: 메인노즐
101: 슬라이딩 가능한 결속 구조
110: 이너노즐(inner tubular component)
111: 멈춤 돌기
120: 아우터노즐(outer tubular component)
121: 멈춤 돌기
131: 슬라이딩 링
132: 피스톤 링
133: 실링부재
134: 윤활물질

Claims

내측에 내경방향으로 서로 소정 거리만큼 이격되어 공기통로를 형성하는 내부케이싱과 외부케이싱을 포함하고, 상기 공기통로를 통하여 유입된 연소용 공기를 연료와 혼합하여 중앙노즐과 메인노즐을 통하여 연소실로 분사하는 연소기로서,
상기 중앙노즐은 내부케이싱 중심부에 연소기의 축방향으로 설치되고, 상기 메인노즐은 중앙노즐을 둘러싸도록 내부케이싱 내부에 복수 배치되며,
상기 메인노즐은, 소정 폭만큼 겹쳐져 슬라이딩 가능한 구조로 결속된 이너노즐(inner tubular component)과 아우터노즐(outer tubular component)로 구성되고,
상기 이너노즐과 아우터노즐은 열팽창에 의해 서로 슬라이딩 되어 메인노즐의 전체길이가 가변되는 것을 특징으로 하는 연소기.
제 1 항에 있어서,
상기 아우터노즐과 겹쳐지는 이너노즐의 외주면에는 하나 이상의 슬라이딩 링이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 연소기.
제 1 항에 있어서,
상기 아우터노즐과 겹쳐지는 이너노즐의 외주면에는 하나 이상의 피스톤 링이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 연소기.
제 1 항에 있어서,
상기 아우터노즐과 겹쳐지는 이너노즐의 외주면에는 하나 이상의 슬라이딩 링과 피스톤 링이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 연소기.
제 4 항에 있어서,
상기 슬라이딩 링과 피스톤 링은 서로 교대로 번갈아가며 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연소기.
제 4 항에 있어서,
상기 슬라이딩 링과 피스톤 링은 이너노즐의 외주면에 소정 깊이만큼 삽입되어 장착되는 것을 특징으로 하는 연소기.
제 1 항에 있어서,
상기 아우터노즐의 일단부에는 이너노즐의 외주면 방향으로 소정 길이만큼 연장되어 이너노즐의 슬라이딩 변경 가능 길이를 제한하는 멈춤 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연소기.
제 7 항에 있어서,
상기 멈춤 돌기는, 이너노즐과 아우터노즐 사이의 결속 부분을 실링하도록, 이너노즐의 외주면과 밀착되는 구조인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 연소기.
제 8 항에 있어서,
상기 멈춤 돌기의 내측에는, 이너노즐의 외주면과 슬라이딩됨과 동시에 이너노즐과 아우터노즐을 서로 실링하는 피스톤 링이 장착되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 연소기.
제 8 항에 있어서,
상기 멈춤 돌기의 내측에는, 이너노즐의 외주면과 슬라이딩됨과 동시에 이너노즐과 아우터노즐을 서로 실링하는 슬라이딩 링과 피스톤 링이 서로 교대로 번갈아가며 배치되어 장착되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 연소기.
제 1 항에 있어서,
상기 아우터노즐과 겹쳐지는 이너노즐의 외주면에는 하나 이상의 슬라이딩 레일이 형성되어 있고,
상기 이너노즐과 겹쳐지는 아우터노즐의 내주면에는 슬라이딩 레일과 대응되는 구조의 슬라이딩 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연소기.
제 11 항에 있어서,
상기 아우터노즐의 일단부에는 이너노즐의 외주면 방향으로 소정 길이만큼 연장되어 이너노즐의 슬라이딩 변경 가능 길이를 제한하는 멈춤 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연소기.
제 12 항에 있어서,
상기 멈춤 돌기는, 이너노즐과 아우터노즐의 결속 부분을 실링하도록, 이너노즐의 외주면과 밀착되는 구조인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 연소기.
제 1 항에 있어서,
상기 이너노즐과 아우터노즐이 겹쳐진 부분에는 소정 크기의 탄성복원력을 가지는 소재로 구성된 스프링 구조의 실링부재가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 연소기.
제 14 항에 있어서,
상기 실링부재는, 이너노즐과 아우터노즐이 서로 축방향으로 상대적 위치변경이 가능하도록 장착되는 것을 특징으로 하는 연소기.
제 15 항에 있어서,
상기 실링부재의 하단부는, 이너노즐의 외주면에 소정 깊이만큼 삽입되어 장착되고,
상기 실링부재의 상단부는, 아우터노즐의 내주면에 소정 깊이만큼 삽입되어 장착되는 것을 특징으로 하는 연소기.
제 14 항에 있어서,
상기 실링부재는, 외부로부터 제공되는 열에너지에 의해 이너노즐과 아우터노즐의 상대적 위치 변형량을 흡수하고, 외부로부터 열에너지의 공급이 차단될 경우 이너노즐과 아우터노즐의 최초 상대적 위치를 복원시키는 것을 특징으로 하는 연소기.
제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 연소기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.