KR20190086267A - 가스터빈용 연소기 노즐의 동 특성 개선구조 - Google Patents

Abstract

개시되는 발명은 연소기 노즐과, 상기 연소기 노즐이 삽입되어 장착되는 마운팅 홀을 적어도 하나 이상 구비하는 버너 몸체를 포함하는 연소기 버너에 관한 것으로서, 상기 버너 몸체를 통해 상기 연소기 노즐로 진동 또는 충격이 전달되는 진동전달 경로 상에 다이나믹 댐퍼가 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

가스터빈용 연소기 노즐의 동 특성 개선구조{Structure of gas turbine combustion nozzle for improving a dynamic characteristics}

본 발명은 가스터빈용 연소기 노즐의 동 특성 개선구조에 관한 것으로서, 연소 진동이나 가스터빈의 구동 진동 등의 각종 진동, 간헐적인 충격, 고온의 연소열 등에 영향을 받은 연소기 노즐의 동 특성이 초기 설치시와는 달라짐에 따라 그 고유진동수가 가스터빈의 구동 주파수에 근접하였을 때 연소기 노즐의 교체 없이 이러한 문제를 해결할 수 있는 연소기 노즐의 동 특성 개선구조에 관한 것이다.

가스터빈 엔진의 열역학적 사이클은 이상적으로는 브레이튼 사이클(Brayton cycle)을 따른다. 브레이튼 사이클은 등엔트로피 압축(단열 압축), 정압 급열, 등엔트로피 팽창(단열 팽창), 정압 방열의 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 대기중으로 방출한다. 즉, 압축, 가열, 팽창, 방열의 4 과정으로 사이클이 이루어지는 것이다.

위와 같은 브레이튼 사이클을 실현하기 위해, 가스터빈 엔진은 압축기와 연소기, 터빈을 포함한다. 압축기는 외부 공기를 흡입 및 압축하여 연소기로 공급하며, 연소기는 공급된 공기로 연료를 정압 연소하여 고온의 연소 가스를 만든다. 연소기에서 만들어진 고온의 연소 가스는 터빈으로 공급되어 단열 팽창을 통한 동력 발생으로 이용된다.

연소기는 압축기의 하류에 배치되며, 환형을 이루는 연소기 케이싱을 따라 복수 개의 버너가 배치된다. 각 버너에는 수 개의 연소기 노즐이 구비되며, 이 연소기 노즐에서 분사되는 연료가 공기와 적절한 비율로 혼합되어 연소에 적합한 상태를 이루게 된다.

가스터빈 엔진에는 가스 연료와 액체 연료, 또는 이들이 조합된 복합 연료가 사용될 수 있다. 일산화탄소와 질소산화물 등의 배출가스 양을 낮추기 위한 연소 환경을 만드는 것이 중요한데, 연소 제어가 상대적으로 어렵기는 하지만 연소온도를 낮추고 균일한 연소를 만들어 배출가스를 줄일 수 있다는 장점이 있어 근래에는 예혼합 연소(premixed combustion)가 많이 적용된다. 예혼합 연소의 경우에는 압축공기가 연소기 노즐에서 분사되는 연료와 혼합된 후 연소실 안으로 들어간다. 예혼합 가스의 최초 점화는 점화기를 이용하여 이루어지며, 이후 연소가 안정되면 연료와 공기를 공급하는 것으로 연소는 유지된다.

이처럼 연소기는 가스터빈 엔진에서 가장 고온 환경을 이루고 있고, 가스터빈 엔진의 구동 진동이 전달되는 것은 물론 연소 진동까지 발생하는 곳이기 때문에 연소기 노즐은 진동과 고온에 영향을 받을 수밖에 없다. 연소기 노즐에 가해지는 진동과 열은 피로 응력, 열 응력, 재질의 열화 등의 악영향을 미쳐 마모나 미세한 크랙을 발생시킨다.

그리고, 연소기 노즐에 발생한 마모나 크랙은 동 특성(dynamic characteristics)을 변화시키는데, 이에 따라 초기 설치시와는 연소기 노즐의 고유진동수가 변하게 된다. 만일 변화된 고유진동수가 가스터빈의 구동 주파수 및 그 정수배 주파수에 근접하게 되면, 공진 현상이 발생하여 급격히 연소기 노즐이 손상, 파괴되어 가스터빈의 안전에 심각한 영향을 초래할 수 있다.

이렇듯 가스터빈의 장시간 운전에 따른 관리사항에는 연소기 노즐의 경시변화에 대응한 적절한 조치가 포함되는데, 아직까지는 사용이 가능한 상태의 연소기 노즐이라도 고유진동수 문제가 발생하면 교체할 수밖에 없어 이를 개선할 필요성이 대두되었다.

한국공개특허 제2017-0002124호 (2017.01.06 공개)

본 발명은 가스터빈의 연소기 노즐에 가해지는 진동과 열에 의해 발생하는 마모나 미세한 크랙에 의해 연소기 노즐의 동 특성(dynamic characteristics)이 변화하여 초기 설치시와는 연소기 노즐의 고유진동수가 변하게 되고, 이에 따라 변화된 고유진동수가 가스터빈의 구동 주파수 및 그 정수배 주파수에 근접하여 공진 현상이 발생할 염려가 있을 경우 수명이 남아 있는 연소기 노즐을 교체하지 않고도 이러한 문제를 해결할 수 있도록 하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명은 연소기 노즐과, 상기 연소기 노즐이 삽입되어 장착되는 마운팅 홀을 적어도 하나 이상 구비하는 버너 몸체를 포함하는 연소기 버너에 관한 것으로서, 상기 버너 몸체를 통해 상기 연소기 노즐로 진동 또는 충격이 전달되는 진동전달 경로 상에 다이나믹 댐퍼가 구비되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 다이나믹 댐퍼는 상기 버너 몸체 및 상기 연소기 노즐의 양측에 대해 물리적으로 고정되어 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 버너 몸체는 상기 연소기 노즐을 외부로부터 폐쇄하는 커버 플레이트를 포함하고, 상기 다이나믹 댐퍼는 상기 커버 플레이트 상에 고정되는 한편 상기 연소기 노즐이 상기 버너 몸체로부터 노출된 일단부에 결합한다.

이러한 일 실시형태에서, 상기 다이나믹 댐퍼는 상기 연소기 노즐의 노출된 일단부가 끼워맞춤되는 결합구멍을 구비할 수 있으며, 이때 상기 끼워맞춤은 중간 끼워맞춤 또는 억지 끼워맞춤일 수 있다.

그리고, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 연소기 노즐의 외주면에는 수나사산이 형성되는 한편 상기 마운팅 홀의 내주면에는 대응하는 암나사산이 형성되어 상호 나사 결합하여 상기 연소기 노즐이 상기 버너 몸체에 대해 장착되고, 상기 다이나믹 댐퍼는 상기 연소기 노즐과 버너 몸체의 나사 결합 사이에 개재되는 와셔 형태의 다이나믹 댐퍼로서 제공된다.

이때, 상기 다이나믹 댐퍼는 주된 흡수 진동수가 서로 다른 두 종류 이상의 복수 개의 다이나믹 댐퍼로서 상기 나사 결합 사이에 개재될 수 있다.

그리고, 본 발명의 또 다른 실시형태에서는, 상기 연소기 노즐의 외주면에는 원주 방향을 따라 관통 홀이 각각 형성된 적어도 두 개 이상의 플랜지를 구비하고, 상기 관통 홀을 지나 상기 버너 몸체에 형성된 볼트 홀에 나사 결합하는 볼트를 통해 상기 연소기 노즐이 상기 버너 몸체에 대해 장착되고, 상기 다이나믹 댐퍼는 상기 볼트의 머리와 상기 플랜지 사이에 개재되는 스페이서 형태의 다이나믹 댐퍼로서 제공된다.

그리고, 상기 스페이서 형태의 다이나믹 댐퍼는 상기 복수 개의 볼트 각각에 대해 구비될 수 있다.

이 경우, 상기 복수 개의 다이나믹 댐퍼는 주된 흡수 진동수가 서로 다른 두 종류 이상의 다이나믹 댐퍼일 수 있다.

한편, 본 발명은 압축기에서 압축된 공기가 연료와 혼합되고 연소함으로써 팽창하는 고온의 연소 가스가 생성되는 연소기와, 상기 연소기에서 만들어진 상기 연소 가스를 공급받아 동력을 생산하는 터빈을 포함하는 가스터빈으로서, 상기 연소기는 연소기 노즐과, 상기 연소기 노즐이 삽입되어 장착되는 마운팅 홀이 적어도 하나 이상 형성된 버너 몸체를 구비하는 연소기 버너를 포함하고, 상기 버너 몸체를 통해 상기 연소기 노즐로 진동 또는 충격이 전달되는 진동전달 경로 상에 다이나믹 댐퍼가 구비되는 것을 특징으로 하는 가스터빈을 제공한다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 연소기 버너는 장시간 사용하여 마모나 미세한 크랙이 발생하였지만 아직 수명이 남아 있는 연소기 노즐이 초기 설치 때와는 달리 고유진동수가 변하여 종래에는 교체가 필요했던 경우에도, 다이나믹 댐퍼를 설치하는 개선작업을 통해 가스터빈의 구동 주파수 및 그 정수배 주파수와는 현저히 차이가 있게 고유진동수를 조정함으로써 연소기 노즐을 그 수명까지 안정적으로 활용할 수 있게 한다.

나아가 본 발명을 신규 연소기에 적용하더라도, 후일 동 특성이 다른 다이나믹 댐퍼로 교체함으로써 역시 연소기 노즐을 그 수명까지 온전히 사용할 수 있는 포텐셜을 확보하는 것도 가능해진다.

그리고, 본 발명은 연소기 노즐의 다양한 장착구조에 적용할 수 있는 여러 실시형태를 제공하며, 나아가 복수 개의 다이나믹 댐퍼를 적용하는 경우 동 특성이 다른 여러 종류의 다이나믹 댐퍼를 조합함으로써 더욱더 연소기 노즐의 동 특성을 개선할 수 있다는 이점을 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 연소기 버너가 적용될 수 있는 가스터빈의 전체적인 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 연소기 노즐의 동 특성 개선구조가 적용되는 가스터빈의 연소기 부분을 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 연소기 노즐의 동 특성 개선구조를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 연소기 버너의 구성을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 연소기 버너의 구성을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 연소기 버너의 구성을 도시한 도면.

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 1은 본 발명에 따른 연소기 노즐의 장착 구조가 적용될 수 있는 가스터빈(100)의 일반적인 구성을 보여준다. 이하에서는, 가스터빈(100)의 일반적인 구성에서부터 시작하여, 본 발명의 연소기 노즐 장착 구조에 대해 상세히 설명하기로 한다.

가스터빈(100)은 하우징(102)을 구비하고 있고, 상기 하우징(102)의 후측에는 터빈을 통과한 연소가스가 배출되는 디퓨저(106)가 구비되어 있다. 그리고, 상기 디퓨저(106)의 앞쪽으로 압축된 공기를 공급받아 연소시키는 연소기(104)가 배치된다.

공기의 흐름 방향을 기준으로 하여 설명하면, 상기 하우징(102)의 상류 측에 압축기 섹션(110)이 위치하고, 하류 측에 터빈 섹션(120)이 배치된다. 그리고, 상기 압축기 섹션(110)과 상기 터빈 섹션(120)의 사이에는 터빈 섹션(120)에서 발생된 회전토크를 압축기 섹션(110)으로 전달하는 토크 전달부재로서의 토크튜브(130)가 배치되어 있다.

압축기 섹션(110)에는 복수 개(예를 들어, 14매)의 압축기 로터 디스크(140)가 구비되고, 각각의 압축기 로터 디스크(140)들은 타이로드(150)에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결되어 있다.

구체적으로, 각각의 압축기 로터 디스크(140)는 대략 중앙을 타이로드(150)가 관통한 상태로서 축 방향을 따라서 서로 정렬되어 있다. 여기서, 이웃한 각각의 압축기 로더 디스크(140)는 대향하는 면이 타이로드(150)에 의해 압착되고, 이로써 상대 회전이 불가능하도록 배치된다.

압축기 로터 디스크(140)의 외주면에는 복수 개의 블레이드(144)가 방사상으로 결합되어 있다. 각각의 블레이드(144)는 루트부(146)를 구비하여 상기 압축기 로터 디스크(140)에 체결된다.

각각의 로터 디스크(140)의 사이에는 하우징(102)에 고정되어 배치되는 베인(미도시)이 위치한다. 상기 베인은 로터 디스크와는 달리 회전하지 않도록 고정되며, 압축기 로터 디스크의 블레이드를 통과한 압축 공기의 흐름을 정렬하여 하류 측에 위치하는 로터 디스크의 블레이드로 공기를 안내하는 역할을 하게 된다.

루트부(146)의 체결방식은 탄젠셜 타입(tangential type)과 액셜 타입(axial type)이 있으며, 이는 루트부(146)가 로터 디스크 상에 형성되는 방향을 기준으로 하여 분류한 것이다. 루트부(146)의 체결방식은 상용되는 가스터빈의 필요 구조에 따라 선택될 수 있으며, 통상적으로 알려진 도브테일 또는 전나무 형태(Fir-tree)를 가질 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 형태 외의 다른 체결장치, 예를 들어 키이 또는 볼트 등의 고정구를 이용하여 블레이드를 로터 디스크에 체결할 수 있다.

타이로드(150)는 복수 개의 압축기 로터 디스크(140)들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 일측 단부는 최상류 측에 위치한 압축기 로터 디스크 내에 체결되고, 타측 단부는 상기 토크튜브(130) 내에서 고정된다.

타이로드(150)의 형태는 가스터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도 1에 제시된 형태로 한정될 것은 아니다. 즉, 도시된 바와 같이 하나의 타이로드가 로터 디스크의 중앙부를 관통하는 형태를 가질 수도 있고, 복수 개의 타이로드가 원주상으로 배치되는 형태를 가질 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다.

연소기(104)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소가스를 만들어 내며, 등압 연소과정으로 연소기 및 터빈부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소가스온도를 높이게 된다.

가스터빈의 연소시스템을 구성하는 연소기는 셀 형태로 형성되는 케이싱 내에 다수가 배열될 수 있으며, 연료분사노즐 등을 포함하는 버너(Burner)와, 연소실을 형성하는 연소기 라이너(Combustor Liner), 그리고 연소기와 터빈의 연결부가 되는 트랜지션 피스(Transition Piece)를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 연소기 라이너(이하, 간략히 "라이너"라 함)는 연료노즐에 의해 분사되는 연료가 압축기의 압축공기와 혼합되어 연소되는 연소공간을 제공한다. 이러한 라이너는, 공기와 혼합된 연료가 연소되는 연소공간을 제공하는 화염통과, 화염통을 감싸면서 환형공간을 형성하는 플로우 슬리브를 포함할 수 있다. 또한 라이너의 전단에는 연료노즐이 결합하며, 측벽에는 점화플러그가 결합한다.

한편 라이너의 후단에는, 점화플러그에 의해 연소되는 연소가스를 터빈 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션 피스가 연결된다. 이러한 트랜지션 피스는, 연소가스의 높은 온도에 의한 파손이 방지되도록 외벽부가 압축기로부터 공급되는 압축공기에 의해 냉각된다.

이를 위해 상기 트랜지션 피스에는 공기를 내부로 분사시킬 수 있도록 냉각을 위한 홀들이 마련되며, 압축공기는 홀들을 통해 내부에 있는 본체를 냉각시킨 후 라이너 측으로 유동된다.

그리고, 라이너의 환형공간에는 전술한 트랜지션 피스를 냉각시킨 냉각공기가 유동되며, 라이너의 외벽에는 플로우 슬리브의 외부에서 압축공기가 플로우 슬리부에 마련되는 냉각 홀들을 통해 냉각공기로 제공되어 충돌할 수 있다.

도 1에 도시된 가스터빈은 연소기(104)를 구성하는 버너가 복수 개 구비되어 하우징(102) 주변을 따라 환형으로 배치된다. 각각의 버너에 라이너와 트랜지션 피스가 한 조씩 연결되며, 트랜지션 피스의 하류 측 단부가 후술할 터빈 섹션(120)에 고정되어 고온 고압의 연소 가스를 전달한다.

한편, 상기 연소기에서 나온 고온, 고압의 연소가스는 터빈 섹션(120)으로 공급된다. 공급된 고온 고압의 연소 가스가 팽창하면서 터빈의 회전날개에 충돌, 반동력을 주어 회전 토크가 발생하고, 이렇게 얻어진 회전 토크는 전술한 토크 튜브를 거쳐 압축기 섹션으로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 유효 동력은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.

터빈 섹션은 기본적으로는 압축기 섹션의 구조와 유사하다. 즉, 상기 터빈 섹션(120)에도 압축기 섹션의 압축기 로터 디스크와 유사한 복수의 터빈 로터 디스크(180)가 구비된다. 따라서, 터빈 로터 디스크(180) 역시, 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 블레이드(184)를 포함한다. 상기 터빈 블레이드(184) 역시 도브테일 등의 방식으로 터빈 로터 디스크(180)에 결합할 수 있다. 아울러, 터빈 로터 디스크(180)의 블레이드(184)의 사이에도 하우징에 고정되는 베인(미도시)이 구비되어 있으며, 베인은 블레이드를 통과한 연소 가스의 흐름 방향을 가이드하게 된다.

한편, 도 3은 본 발명에 따른 연소기 노즐(400)의 동 특성 개선구조의 전체적인 개념을 도시한 도면으로서, 그 적용 위치는 도 2의 연소기 도면을 참고할 수 있다. 다만, 도 3 및 그 이하에 첨부될 도면에는 연소기 노즐(400)과 연소기 버너(300)의 구성을 간략하게 그 대체적인 형태만을 도시하고 있는데, 이는 본 발명이 연소기 버너(300)에 대한 연소기 노즐(400)의 "장착 구조"에 관한 것이기 때문에, 본 발명의 설명에는 불필요한 주변의 구성을 상세히 도시 및 설명하는 것이 오히려 본 발명의 이해에 방해가 될 수도 있음을 고려한 것이고, 다른 한편으로는 본 발명의 기술적 특징에 대한 해석이 도시된 연소기 노즐(400)과 연소기 버너(300)의 구성에만 적용되는 것으로 제한될 우려도 피하기 위한 것이다.

그리고, 앞서 설명된 종래기술과 본 발명을 명확히 구별하고자, 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서도 본 발명에 대해서는 새로운 도면부호를 지정하여 설명할 것이다.

도 3을 참조하면, 본 발명은 연소기 노즐(400)과, 상기 연소기 노즐(400)이 삽입되어 장착되는 마운팅 홀(312)을 적어도 하나 이상 구비하는 버너 몸체(310)를 포함하는 연소기 버너(300)에 관한 것으로서, 버너 몸체(310)를 통해 연소기 노즐(400)로 진동 또는 충격(이하, 간략히 "진동"이라 함)이 전달되는 진동전달 경로 상에 다이나믹 댐퍼(500, 500', 500")를 구비함으로써, 연소기 노즐(400)의 동 특성을 개선하는 것을 특징으로 한다.

다이나믹 댐퍼(500, 500', 500")는 동흡진기(動吸振器)라고도 불리는 진동을 억제하는 공지의 구성요소로서, 연소기 노즐(400)에 다이나믹 댐퍼(500, 500', 500")를 장착하면 다이나믹 댐퍼(500, 500', 500")의 질량이 추가됨에 따라 동 특성이 변화하게 되고, 더 나아가 다이나믹 댐퍼(500, 500', 500") 자체가 진동을 흡수 내지는 감쇠하는 구조(예를 들면, 서로 상대운동을 하는 두 개의 구조물 사이에 탄성체나 유체를 배치)를 가짐으로써 강화된 진동의 흡수, 억제 기능을 발휘할 수 있다.

본 발명은 버너 몸체(310)를 통해 연소기 노즐(400)로 진동이 전달되는 경로 상에 다이나믹 댐퍼(500, 500', 500")를 구비하는데, 이때 다이나믹 댐퍼(500, 500', 500")가 버너 몸체(310) 및 상기 연소기 노즐(400)의 양측에 대해 물리적으로 고정되어 있게 함으로써 연소기 노즐(400)의 동 특성을 더욱 확실하게 변화시킬 수 있다.

다이나믹 댐퍼(500, 500', 500")의 사양은 연소기 노즐(400)의 고유 진동수와 가스터빈의 구동 주파수(예를 들면, 발전용 가스터빈에서는 60㎐) 사이의 관계에 따라 결정된다. 즉, 다이나믹 댐퍼(500, 500', 500")를 추가했을 때의 연소기 노즐(400)의 변경된 고유 진동수가 가스터빈의 구동 주파수 및 그 정수배 주파수에 최대한 근접하지 않도록 다이나믹 댐퍼(500, 500', 500")을 설계한다. 이에 따라, 다이나믹 댐퍼(500, 500', 500")로서 동 특성이 개선된 연소기 노즐(400)(특히, 오래 사용된 연소기 노즐)은 공진에 의한 파괴나 손상의 위험 없이 더 오랜 기간 동안 활용될 수 있게 된다.

도 3의 개념적인 본 발명의 구성은, 도 4 내지 도 6의 다양한 연소기 노즐(400)의 장착구조에 두루 적용될 수 있다.

도 4는 연소기 노즐(400)을 외부로부터 폐쇄하는 버너 몸체(310)의 커버 플레이트(320)를 이용하여 다이나믹 댐퍼(500)를 장착하는 구조를 도시하고 있다. 커버 플레이트(320)를 버너 몸체(310) 측에서 다이나믹 댐퍼(500)가 고정되는 곳으로 사용하는 한편 연소기 노즐(400)이 버너 몸체(310)로부터 노출된 일단부(410)에 다이나믹 댐퍼(500)를 결합함으로써 다이나믹 댐퍼(500)의 추가 장착이 완성된다.

여기서, 연소기 노즐(400)과 다이나믹 댐퍼(500)를 물리적으로 결합하는 구조는 단순화시킬 수 있는데, 이는 버너 몸체(310)에 커버 플레이트(320)를 결합하는 과정 중에 다이나믹 댐퍼(500)가 연소기 노즐(400)에 자동적으로 결합하도록 만들 수 있기 때문이다. 이처럼 커버 플레이트(320)가 일시에 버너 몸체(310) 및 연소기 노즐(400)에 결합하도록 만들면, 그 조립과정이 간단하고 편해지는 이점이 있다.

이를 위해, 도 4에 도시된 것과 같이, 다이나믹 댐퍼(500)는 연소기 노즐(400)의 노출된 일단부(410)가 끼워맞춤되는 결합구멍(510)을 구비한다. 이에 따라 버너 몸체(310)에 커버 플레이트(320)를 결합하는 과정 중에 다이나믹 댐퍼(500)의 결합구멍(510)이 연소기 노즐(400)의 돌출된 일단부(410)에 자동적으로 결합하게 된다. 이때, 다이나믹 댐퍼(500)의 결합구멍(510)과 연소기 노즐(400)의 일단부(410) 사이의 끼워맞춤은 물리적으로 단단히 결합 및 고정되도록 중간 끼워맞춤 또는 억지 끼워맞춤인 것이 바람직할 것이다.

그리고, 도 5는 연소기 노즐(400)의 외주면에는 수나사산(420)이 형성되는 한편 버너 몸체(310)의 마운팅 홀(312) 내주면에는 이에 대응하는 암나사산(314)이 형성되어 상호 나사 결합함으로써 연소기 노즐(400)이 버너 몸체(310)에 대해 장착되는 구조를 도시하고 있다.

도 5와 같은 연소기 노즐(400)의 장착구조에서, 다이나믹 댐퍼(500')는 연소기 노즐(400)과 버너 몸체(310)의 나사 결합 사이에 개재되는 와셔 형태의 다이나믹 댐퍼(500')로서 제공된다. 와셔 형태의 다이나믹 댐퍼(500')는 연소기 노즐(400)과 버너 몸체(310) 사이에 충분한 크기의 압축력을 받기 때문에 버너 몸체(310)와 연소기 노즐(400)의 양측에 대해 견고하게 물리적으로 고정되어 있게 된다.

이때, 다이나믹 댐퍼(500')는 주된 흡수 진동수가 서로 다른 두 종류 이상의 복수 개의 다이나믹 댐퍼(500')가 서로 일렬로 겹쳐져서 연소기 노즐(400)과 버너 몸체(310)의 나사 결합 사이에 개재될 수 있다. 종류가 다른 복수 개의 다이나믹 댐퍼(500')를 직렬로 연결함으로써 좀더 다양한 주파수의 진동을 감쇠하는 것이 가능해지며, 이로써 연소기 노즐(400)의 동 특성 튜닝의 자유도가 확장된다. 도 5에는 두 종류의 다이나믹 댐퍼(500')가 함께 장착되는 구성을 예시적으로 도시하고 있으며, 필요하다면 세 종류 이상의 다이나믹 댐퍼(500')를 동시에 적용하는 것도 가능함은 물론이다.

그리고, 도 6은 연소기 노즐(400)의 외주면에는 원주 방향을 따라 관통 홀(432)이 각각 형성된 적어도 두 개 이상의 플랜지(430)를 구비하는 한편, 버너 몸체(310)에는 플랜지(430)의 관통 홀(432)을 지나는 볼트(520)가 나사 결합하는 볼트 홀(316)이 구비되어 있는 실시형태를 도시하고 있으며, 이러한 장착구조는 볼트(520)의 조임에 의해 연소기 노즐(400)이 버너 몸체(310)에 대해 장착된다. 즉, 플랜지(430)가 연소기 노즐(400)의 장착을 위한 일종의 브래킷 역할을 하는 장착구조이다. 플랜지(430) 및 볼트(520), 볼트 홀(316)의 개수는 장착구조의 균형, 즉 연소기 노즐(400)에 가하는 힘의 균형을 고려하여 두 개 이상이 균등한 각도로 배치되는 것이 바람직하다.

도 6과 같은 장착구조에서는, 다이나믹 댐퍼(500")가 볼트(520)의 머리와 플랜지(430) 사이에 개재되는 스페이서 형태로서 제공된다. 다이나믹 댐퍼(500")를 스페이서 형태로 취함에 따라 연소기 노즐(400)과 버너 몸체(310) 사이의 위치관계는 변하지 않는다는 장점이 있으며, 단지 스페이서인 다이나믹 댐퍼(500")의 길이를 고려하여 볼트(520)의 길이를 긴 것으로 교체하면 충분하다.

도 6의 실시형태에서는 볼트(520)가 복수 개 구비되는 것이 통상적이므로, 스페이서 형태인 다이나믹 댐퍼(500")는 최소 하나에서 최대로는 볼트(520)의 개수까지 다양한 개수로 추가될 수 있다.

이 경우, 도 5의 실시형태에서와 마찬가지로, 복수 개의 스페이서 형태인 다이나믹 댐퍼(500")는 주된 흡수 진동수가 서로 다른 두 종류 이상이 적용될 수 있다. 특히, 도 6의 실시형태는 최대 볼트(520)의 개수까지 다양한 개수의 다이나믹 댐퍼(500")를 추가할 수 있으므로, 연소기 노즐(400)의 동 특성을 상당히 자유롭게 튜닝할 수 있다는 장점이 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

300: 연소기 버너 310: 버너 몸체
312: 마운팅 홀 314: 암나사산
316: 볼트 홀 320: 커버 플레이트
400: 연소기 노즐 410: 일단부
420: 수나사산 430: 플랜지
432: 관통 홀 500: 다이나믹 댐퍼
500': 와셔 형태인 다이나믹 댐퍼
500": 스페이서 형태인 다이나믹 댐퍼
510: 결합구멍 520: 볼트

Claims (20)

1. 연소기 노즐과, 상기 연소기 노즐이 삽입되어 장착되는 마운팅 홀을 적어도 하나 이상 구비하는 버너 몸체를 포함하는 연소기 버너에 있어서,
   상기 버너 몸체를 통해 상기 연소기 노즐로 진동 또는 충격이 전달되는 진동전달 경로 상에 다이나믹 댐퍼가 구비되는 것을 특징으로 하는 연소기 버너.
2. 제1항에 있어서,
   상기 다이나믹 댐퍼는 상기 버너 몸체 및 상기 연소기 노즐의 양측에 대해 물리적으로 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 연소기 버너.
3. 제2항에 있어서,
   상기 버너 몸체는 상기 연소기 노즐을 외부로부터 폐쇄하는 커버 플레이트를 포함하고, 상기 다이나믹 댐퍼는 상기 커버 플레이트 상에 고정되는 한편 상기 연소기 노즐이 상기 버너 몸체로부터 노출된 일단부에 결합하는 것을 특징으로 하는 연소기 버너.
4. 제3항에 있어서,
   상기 다이나믹 댐퍼는 상기 연소기 노즐의 노출된 일단부가 끼워맞춤되는 결합구멍을 구비하는 것을 특징으로 하는 연소기 버너.
5. 제4항에 있어서,
   상기 끼워맞춤은 중간 끼워맞춤 또는 억지 끼워맞춤인 것을 특징으로 하는 연소기 버너.
6. 제2항에 있어서,
   상기 연소기 노즐의 외주면에는 수나사산이 형성되는 한편 상기 마운팅 홀의 내주면에는 대응하는 암나사산이 형성되어 상호 나사 결합하여 상기 연소기 노즐이 상기 버너 몸체에 대해 장착되고,
   상기 다이나믹 댐퍼는 상기 연소기 노즐과 버너 몸체의 나사 결합 사이에 개재되는 와셔 형태의 다이나믹 댐퍼인 것을 특징으로 하는 연소기 버너.
7. 제6항에 있어서,
   상기 다이나믹 댐퍼는 주된 흡수 진동수가 서로 다른 두 종류 이상의 복수 개의 다이나믹 댐퍼로서 상기 나사 결합 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 연소기 버너.
8. 제2항에 있어서,
   상기 연소기 노즐의 외주면에는 원주 방향을 따라 관통 홀이 각각 형성된 적어도 두 개 이상의 플랜지를 구비하고, 상기 관통 홀을 지나 상기 버너 몸체에 형성된 볼트 홀에 나사 결합하는 볼트를 통해 상기 연소기 노즐이 상기 버너 몸체에 대해 장착되고,
   상기 다이나믹 댐퍼는 상기 볼트의 머리와 상기 플랜지 사이에 개재되는 스페이서 형태의 다이나믹 댐퍼인 것을 특징으로 하는 연소기 버너.
9. 제8항에 있어서,
   상기 스페이서 형태의 다이나믹 댐퍼는 상기 복수 개의 볼트 각각에 대해 구비되는 것을 특징으로 하는 연소기 버너.
10. 제9항에 있어서,
    상기 복수 개의 다이나믹 댐퍼는 주된 흡수 진동수가 서로 다른 두 종류 이상의 다이나믹 댐퍼인 것을 특징으로 하는 연소기 버너.
11. 압축기에서 압축된 공기가 연료와 혼합되고 연소함으로써 팽창하는 고온의 연소 가스가 생성되는 연소기와, 상기 연소기에서 만들어진 상기 연소 가스를 공급받아 동력을 생산하는 터빈을 포함하는 가스터빈에 있어서,
    상기 연소기는 연소기 노즐과, 상기 연소기 노즐이 삽입되어 장착되는 마운팅 홀이 적어도 하나 이상 형성된 버너 몸체를 구비하는 연소기 버너를 포함하고,
    상기 버너 몸체를 통해 상기 연소기 노즐로 진동 또는 충격이 전달되는 진동전달 경로 상에 다이나믹 댐퍼가 구비되는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
12. 제11항에 있어서,
    상기 다이나믹 댐퍼는 상기 버너 몸체 및 상기 연소기 노즐의 양측에 대해 물리적으로 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
13. 제12항에 있어서,
    상기 버너 몸체는 상기 연소기 노즐을 외부로부터 폐쇄하는 커버 플레이트를 포함하고, 상기 다이나믹 댐퍼는 상기 커버 플레이트 상에 고정되는 한편 상기 연소기 노즐이 상기 버너 몸체로부터 노출된 일단부에 결합하는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
14. 제13항에 있어서,
    상기 다이나믹 댐퍼는 상기 연소기 노즐의 노출된 일단부가 끼워맞춤되는 결합구멍을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
15. 제14항에 있어서,
    상기 끼워맞춤은 중간 끼워맞춤 또는 억지 끼워맞춤인 것을 특징으로 하는 가스터빈.
16. 제12항에 있어서,
    상기 연소기 노즐의 외주면에는 수나사산이 형성되는 한편 상기 마운팅 홀의 내주면에는 대응하는 암나사산이 형성되어 상호 나사 결합하여 상기 연소기 노즐이 상기 버너 몸체에 대해 장착되고,
    상기 다이나믹 댐퍼는 상기 연소기 노즐과 버너 몸체의 나사 결합 사이에 개재되는 와셔 형태의 다이나믹 댐퍼인 것을 특징으로 하는 가스터빈.
17. 제16항에 있어서,
    상기 다이나믹 댐퍼는 주된 흡수 진동수가 서로 다른 두 종류 이상의 복수 개의 다이나믹 댐퍼로서 상기 나사 결합 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
18. 제12항에 있어서,
    상기 연소기 노즐의 외주면에는 원주 방향을 따라 관통 홀이 각각 형성된 적어도 두 개 이상의 플랜지를 구비하고, 상기 관통 홀을 지나 상기 버너 몸체에 형성된 볼트 홀에 나사 결합하는 볼트를 통해 상기 연소기 노즐이 상기 버너 몸체에 대해 장착되고,
    상기 다이나믹 댐퍼는 상기 볼트의 머리와 상기 플랜지 사이에 개재되는 스페이서 형태의 다이나믹 댐퍼인 것을 특징으로 하는 가스터빈.
19. 제18항에 있어서,
    상기 스페이서 형태의 다이나믹 댐퍼는 상기 복수 개의 볼트 각각에 대해 구비되는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
20. 제19항에 있어서,
    상기 복수 개의 다이나믹 댐퍼는 주된 흡수 진동수가 서로 다른 두 종류 이상의 다이나믹 댐퍼인 것을 특징으로 하는 가스터빈.

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