KR20200119943A

KR20200119943A - 압력 강하가 개선된 라이너 냉각구조 및 이를 포함하는 가스터빈용 연소기

Info

Publication number: KR20200119943A
Application number: KR1020190041966A
Authority: KR
Inventors: 알렉산더 마야트레프; 보리스 세르쉬뇨프
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2019-04-10
Filing date: 2019-04-10
Publication date: 2020-10-21
Also published as: US11242990B2; KR102377720B1; US20200326069A1

Abstract

개시되는 발명은 라이너와 이와 연결된 트랜지션 피스, 그리고 이들을 감싸는 유동 슬리브를 포함하는 덕트 조립체의 라이너 냉각구조에 관한 것으로서, 상기 트래지션 피스와 유동 슬리브 사이의 환형 공간부로 이루어진 트래지션 피스 채널을 통해 압축공기를 공급하는 제1 유로가 형성되고, 상기 유동 슬리브에는 상기 제1 유로를 흐르는 압축공기 흐름과 같은 방향을 향하면서 예각을 이루고 상기 트래지션 피스 채널을 향해 독립적으로 압축공기를 공급하는 제2 유로가 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

압력 강하가 개선된 라이너 냉각구조 및 이를 포함하는 가스터빈용 연소기{LINER COOLING STRUCTURE WITH IMPROVED PRESSURE LOSSES AND COMBUSTOR FOR GAS TURBINE HAVING THE SAME}

본 발명은 가스터빈용 연소기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가스터빈용 연소기의 라이너를 냉각하는 압축공기 유동의 압력 강하 현상을 개선하는 라이너 냉각구조에 관한 것이다.

가스 터빈용 연소기는, 압축기 및 터빈 사이에 구비되어 압축기에서 공급되는 압축 공기를 연료와 혼합하여 등압 연소시켜 높은 에너지의 연소가스를 만들어 연소가스의 열에너지를 기계적인 에너지로 변환시키는 터빈에 보내는 역할을 수행한다.

이러한 연소기에는 고온의 연소가스와 직접 접촉하는 라이너와 이와 연결된 트래지션 피스, 그리고 이를 감싸는 유동 슬리브 등으로 이루어진 덕트 조립체가 구비되는데, 연소실을 형성하는 라이너에 대한 냉각을 위하여 압축기에서 만들어진 압축공기의 일부를 유동 슬리브의 인입홀을 통하여 안쪽의 환형 공간부로 침투시켜 공급하고 있다(도 2 참조).

특히, 도 3은 도 2에서 라이너를 냉각하기 위한 압축공기의 흐름을 확대 도시한 것인데, 라이너를 냉각하기 위한 압축공기의 흐름은 두 갈래로 공급되고 있다. 주된 흐름은 트래지션 피스와 유동 슬리브 사이의 환형 공간부로 이루어진 트래지션 피스 채널이며, 다른 하나의 흐름은 라이너를 감싸는 유동 슬리브의 인입홀을 통해 이루어진다.

그런데, 도 3과 같은 두 갈래의 압축공기 흐름은 길이방향을 향하는 주된 흐름에 대해 반경 방향을 향하는 보조 흐름이 거의 수직으로 충돌하기 때문에 상당한 압력 강하(압력 손실)를 일으키는 구조여서 라이너의 효율적인 냉각을 저해하는 요소로 작용한다.

미국등록특허 제8,453,460호 (2013.06.04 등록)

본 발명은 가스터빈의 라이너를 냉각하는 압축공기 유동에 발생하는 압력 손실을 개선함으로써 라이너가 보다 높은 연소온도에서도 안정적으로 그 기능을 수행할 수 있도록 하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명은 라이너와 이와 연결된 트랜지션 피스, 그리고 이들을 감싸는 유동 슬리브를 포함하는 덕트 조립체의 라이너 냉각구조에 관한 것으로서, 상기 트래지션 피스와 유동 슬리브 사이의 환형 공간부로 이루어진 트래지션 피스 채널을 통해 압축공기를 공급하는 제1 유로가 형성되고, 상기 유동 슬리브에는 상기 제1 유로를 흐르는 압축공기 흐름과 같은 방향을 향하면서 예각을 이루고 상기 트래지션 피스 채널을 향해 독립적으로 압축공기를 공급하는 제2 유로가 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 제2 유로는 원주방향을 따라 정렬된 복수 개의 인입홀을 포함하고, 상기 인입홀을 통해 상기 제1 유로 쪽으로 상기 압축공기를 공급한다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 인입홀은 제1열 인입홀 및 상기 제1열 인입홀에 대해 반경 방향 외측으로 정렬된 제2열 인입홀의 2개 열로 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 제1열 인입홀과 제2열 인입홀은 반경 방향을 따라 서로 엇갈린 형태를 이룰 수 있다.

그리고, 상기 복수 개의 제1열 인입홀 사이를 분할하는 링크 상의 반경 방향 내측으로 보조 인입홀이 더 구비될 수 있다.

한편, 상기 라이너의 표면에는 길이방향을 따라 연장된 리브가 원주방향을 따라 복수 개가 구비될 수 있다.

상기 리브는 길이방향을 따라 분할된 복수 개의 열을 이룰 수 있으며, 이 경우 상기 리브의 열 사이에는 원주방향을 따라 연장된 환형의 횡 리브를 더 포함할 수 있는데, 상기 횡 리브의 높이는 상기 리브의 높이보다 작은 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 각 열의 리브는 인접한 다른 열의 리브에 대해 서로 엇갈리게 배열되는 것이 바람직할 수 있다.

상기 리브의 열전도도는 상기 라이너의 열전도도보다 큰 것을 특징으로 할 수 있으며, 그리고 상기 제2 유로의 복수 개의 인입홀은 상기 리브의 하류 영역을 향하는 것이 바람직할 수 있다.

한편, 본 발명은 환형을 이루는 연소기 케이싱을 따라 복수의 버너가 배치된 가스터빈용 연소기로서, 상기 각 버너는, 라이너와 이와 연결된 트랜지션 피스, 그리고 이들을 감싸는 유동 슬리브를 포함하는 덕트 조립체를 포함하고, 상기 라이너의 냉각구조는, 상기 트래지션 피스와 유동 슬리브 사이의 환형 공간부로 이루어진 트래지션 피스 채널을 통해 압축공기를 공급하는 제1 유로가 형성되고, 상기 유동 슬리브에는 상기 제1 유로를 흐르는 압축공기 흐름과 같은 방향을 향하면서 예각을 이루고 상기 트래지션 피스 채널을 향해 독립적으로 압축공기를 공급하는 제2 유로가 형성되는 가스터빈용 연소기를 제공한다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 라이너 냉각구조는 트래지션 피스 채널을 지나는 주된 흐름과 유동 슬리브의 인입홀을 통해 이루어지는 보조 흐름이 예각 경사로 합류하기 때문에 압력 손실이 줄어들고, 또한 뜨거워진 주된 흐름과 이보다 온도가 낮은 보조 흐름의 혼합이 원활히 일어나게 된다.

따라서, 본 발명의 라이너 냉각구조는 라이너의 냉각 효율을 향상시키고, 나아가 가스터빈의 효율 향상을 위해 날로 상승하는 연소온도에 대응하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 라이너 냉각구조가 적용될 수 있는 가스터빈의 일례를 도시한 도면.
도 2는 종래 라이너와 트래지션 피스 및 이를 감싸는 유동 슬리브로 이루어진 덕트 조립체의 구조를 도시한 도면.
도 3은 도 2에서 라이너를 냉각하기 위한 두 갈래의 압축공기 흐름을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 라이너 냉각구조의 전체적인 구조를 도시한 도면.
도 5는 제2 유로를 형성하는 인입홀의 구조를 확대 도시한 도면.
도 6은 라이너에 구비되는 리브의 구성을 도시한 도면.
도 7은 제2 유로와 라이너에 구비된 리브 사이의 배치관계를 도시한 도면.

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. 이때, 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 도시될 수 있다.

가스터빈의 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 가스터빈은 압축기와 연소기, 터빈을 포함한다. 도 1은 가스터빈(1000)의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 이하의 설명은 도 1을 참조하겠지만, 본 발명의 설명은 도 1에 예시적으로 도시된 가스터빈(1000)과 동등한 구성을 가진 터빈 기관에 대해서도 폭넓게 적용될 수 있다.

가스터빈(1000)의 압축기(1100)는 공기를 흡입하여 압축하는 역할을 하는 부분이며, 연소기(1200)에 연소용 공기를 공급하는 한편 가스터빈(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. 도 1과 같은 대형 가스터빈(1000)에서의 압축기(1100)는 다단 축류 압축기로 구성되어 각 단을 거치면서 목표로 하는 압축비까지 대량의 공기를 압축한다.

그리고, 연소기(1200)는 압축기(1100)의 출구로부터 공급되는 압축공기를 연료와 혼합하여 등압 연소시켜 높은 에너지의 연소가스를 만들어 낸다. 도 2는 가스터빈(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.

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

예혼합 연소의 경우에는 압축공기가 연소 노즐(1230)에서 분사되는 연료와 혼합된 후 연소실(1240) 안으로 들어간다. 예혼합 가스의 최초 점화는 점화기를 이용하여 이루어지며, 이후 연소가 안정되면 연료와 공기를 공급하는 것으로 연소는 유지된다.

연소기(1200)는 가스터빈(1000)에서 가장 고온 환경을 이루기 때문에 적절한 냉각이 필요하다. 특히 가스터빈(1000)에 있어서는 터빈 입구 온도(Turbine Inlet Temperature, TIT)가 매우 중요하게 취급되는데, 일반적으로 터빈 입구 온도가 높을수록 가스터빈(1000)의 효율이 증가하기 때문이다. 또한, 터빈 입구 온도가 높을수록 가스터빈 복합 발전에도 유리하다. 이 때문에 가스터빈(1000)의 클래스(등급)를 분류할 때도 터빈 입구 온도를 기준으로 한다.

터빈 입구 온도를 올리기 위해서는 결국 연소가스의 온도를 상승시켜야 하고, 따라서 고온의 연소가스가 유동하는 연소기(1200)의 연소실(1240)과 유로를 형성하는 덕트 조립체의 재질이 강한 내열성능을 가지도록 하는 것은 물론 양호하게 냉각시킬 수 있는 설계가 중요하다.

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 덕트 조립체를 따라 압축공기가 흘러서 연소 노즐(1230) 쪽으로 공급되며, 이 과정에서 고온의 연소가스에 의해 가열된 덕트 조립체가 적절히 냉각된다.

덕트 조립체는 탄성 지지수단(1280)을 매개로 서로 연결된 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260)의 바깥을 유동 슬리브(1270)가 감싸는 이중 구조로 이루어져 있으며, 압축공기는 유동 슬리브(1270) 안쪽의 환형 공간 안으로 침투하여 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260)를 냉각시킨다.

라이너(1250)는 연소기(1200)의 버너(1220)에 연결되는 관형 부재로서, 라이너(1250) 내부의 공간이 연소실(1240)을 형성하게 된다. 그리고, 라이너(1250)와 연결되는 트랜지션 피스(1260)는 터빈(1300)의 입구와 연결되어 고온의 연소가스를 터빈(1300)으로 유도하는 역할을 한다. 유동 슬리브(1270)는 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260)를 보호하는 한편 고온의 열기가 외부로 직접 방출되는 것을 막아주는 역할을 한다.

특히, 라이너(1250)와 트렌지션 피스(1260)는 고온의 연소가스에 직접 접촉하기 때문에 적절한 냉각이 필수적이다. 기본적으로는 압축공기를 이용한 냉각을 통해 고온의 연소가스로부터 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260)를 보호한다. 예를 들어, 도 2에 도시된 것과 같이, 효과적인 냉각을 위해 라이너(1250)와 트렌지션 피스(1260)의 내주면으로 압축공기를 직접 도입하기 위한 이중벽 구조를 취하기도 한다.

그리고, 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260)의 각 일단은 연소기(1200)와 터빈(1300) 측에 각각 고정되기 때문에, 탄성 지지수단(1280)은 열팽창에 의한 길이 및 직경 신장을 수용할 수 있는 구조로 라이너(1250)와 트랜지션 피스(1260)를 지지할 수 있어야 한다.

연소기(1200)에서 생산된 고온, 고압의 연소가스는 덕트 조립체를 통해 터빈(1300)에 공급된다. 터빈(1300)에서는 연소가스가 단열 팽창하면서 터빈(1300)의 회전축에 방사상으로 배치된 다수의 블레이드에 충돌, 반동력을 줌으로써 연소가스의 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.

가스터빈(1000)은 주요 구성부품이 왕복운동을 하지 않기 때문에 피스톤-실린더와 같은 상호 마찰부분이 없어 윤활유의 소비가 극히 적으며, 왕복운동 기계의 특징인 진폭이 대폭 감소되고, 고속운동이 가능한 장점이 있다.

그리고, 브레이튼 사이클에서의 열효율은 공기를 압축하는 압축비가 높을수록, 그리고 전술한 바와 같이 등엔트로피 팽창 과정으로 유입되는 연소가스의 온도(터빈 입구 온도)가 높을수록 올라가기 때문에 가스터빈(1000)도 압축비와 터빈(1300) 입구에서의 온도를 올리는 방향으로 발전하고 있다.

그런데, 전술한 바와 같이, 도 3의 종래 기술을 보면 라이너를 냉각하기 위한 압축공기의 흐름은 두 갈래로 공급되고 있다. 주된 흐름은 트래지션 피스와 유동 슬리브 사이의 환형 공간부로 이루어진 트래지션 피스 채널이며, 다른 하나의 흐름은 라이너를 감싸는 유동 슬리브의 인입홀을 통해 이루어진다.

이와 같이, 압력 손실에 의한 라이너 냉각 효율의 저하는 터빈 입구 온도를 올리기 위한 연소온도의 상향을 방해하는 요소로 작용하기에 이에 대한 해결이 필요하다. 본 발명은 이런 문제를 해결하기 위해 창안된 것으로서, 이하에서 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 라이너 냉각구조의 전체적인 구조를 도시한 도면이다. 도면을 참고하면, 본 발명의 라이너 냉각구조는 라이너(1250)를 냉각하기 위한 두 개의 유로를 구비하고 있는데, 특히 제1 유로(110)와 제2 유로(120)를 통해 서로 독립적으로 흐르던 압축공기가 서로 합류할 때의 압력 손실을 줄일 수 있는 구조를 가지고 있음을 특징으로 한다.

제1 유로(110)는 트래지션 피스(1260)와 유동 슬리브(1270) 사이의 환형 공간부로 이루어진 트래지션 피스 채널(100)을 통해 압축공기를 공급하는 통로인데, 제2 유로(120)는 유동 슬리브(1270) 상에 제1 유로(110)를 흐르는 압축공기 흐름에 대해 같은 방향을 향하면서 예각을 이루도록 트래지션 피스 채널(100)을 향해 압축공기를 공급하도록 형성되어 있다.

즉, 제1 유로(110)를 흐르는 압축공기의 흐름에 대해 비스듬한 예각으로 제2 유로(120)의 압축공기가 트래지션 피스 채널(100) 내에서 합류하기 때문에, 종래 길이방향과 반경 방향을 따라 서로 수직으로 압축공기를 합류시킴에 따라 발생하였던 압력 손실이 대거 감소하게 된다.

또한, 압력 손실을 줄이기 위해 제1 유로(110)와 제2 유로(120)의 압축공기 흐름을 평행하게 가져갈 경우에 발생할 수 있는 불충분한 혼합의 문제도 염려되지 않는다. 따라서, 제1 유로(110)를 통과하면서 온도가 상승한 뜨거운 압축공기와, 이에 비해 상대적으로 온도가 낮은 제2 유로(120)의 압축공기가 원활히 혼합하여 전체적으로 온도가 낮아지면서, 버너에 근접한 더욱 뜨거운 라이너(1250)의 하류 영역을 효과적으로 냉각할 수 있다. 여기서, 상류와 하류는 압축공기의 흐름을 기준으로 한 것으로서, 덕트 조립체에서는 라이너(1250)가 트랜지션 피스(1260)에 비해 하류측에 위치하는 것이 된다. 이하 동일한 기준을 적용하여 설명한다.

제2 유로(120)의 구성을 좀더 상세히 살펴보면, 제2 유로(120)는 원주방향을 따라 정렬된 복수 개의 인입홀(130)을 포함하고 있으며, 인입홀(130)을 통해 제1 유로(110) 쪽으로 압축공기가 공급된다. 유동 슬리브(1270)의 구조를 보자면, 제1 유로(110)에 대해 예각의 경사를 갖는 제2 유로(120)를 형성하기 위해 유동 슬리브(1270)의 일부가 좀더 반경 방향 쪽으로 확경되어 있다.

또한, 도 5에 상세히 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 복수 개의 인입홀(130)은 제1열 인입홀(131)과, 제1열 인입홀(131)에 대해 반경 방향 외측으로 정렬된 제2열 인입홀(132)의 2개 열로 이루어지게 된다. 이는 전체 단면적이 동일한 인입홀(130)을 구성한다고 했을 때, 인입홀(130)의 개수를 늘리는 것이 인입홀(130) 사이를 분할하는 링크(134)의 개수가 늘어나 구조적으로 강건해지고, 전체 원주면에 대해 좀더 균일하게 압축공기를 공급하는데 유리하기 때문이다.

또한, 제1열 인입홀(131)과 제2열 인입홀(132)은 반경 방향을 따라 서로 엇갈린 형태(staggered pattern)를 이룰 수 있다. 즉, 제1열 인입홀(131)과 제2열 인입홀(132)의 개구가 반경 방향을 따라 일치하지 않도록 엇갈려 있는 것이다. 이러한 엇갈린 구조는 인입홀(130) 사이를 분할하는 2열의 링크(134)가 반경 방향으로 서로 엇갈리게 배치됨으로써 지지구조가 더욱 튼튼해지고, 링크(134)가 가로막고 있는 영역이 있더라도 2열의 인입홀(130) 전체로 보았을 때는 원주방향을 따라 균일하게 압축공기를 공급하면서 압력 강하를 더욱 줄일 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 라이너 냉각구조는 복수 개의 제1열 인입홀(131) 사이를 분할하는 링크(134) 상의 반경 방향 내측으로 보조 인입홀(136)이 더 구비될 수 있다. 보조 인입홀(136)은 제1열 인입홀(131)에 대해 더 상류 측에 위치하게 되며, 따라서 제1열 및 제2열 인입홀(131, 132)을 통해 제1 유로(110)로 공급되는 제2 유로(120)의 주된 압축공기 흐름보다 트랜지션 피스 채널(100)상의 압축공기에 대해 먼저 충돌하게 된다.

보조 인입홀(136)으로 통해 공급되는 예비적인 압축공기는 제1 유로(110)의 압축공기에 대해 약간의 교란을 일으키게 되고, 이에 따라 제1열 및 제2열 인입홀(131, 132)의 주된 압축공기 흐름은 제1 유로(110)의 압축공기에 대해 훨씬 저항을 받지 않고 쉽게 혼합이 이루어지게 된다. 즉, 보조 인입홀(136)은 압축공기 혼합시의 압력 손실을 더욱 줄여주는 역할을 한다.

한편, 라이너(1250)의 표면에는 길이방향을 따라 연장된 리브(140)가 원주방향을 따라 복수 개가 구비될 수 있다. 길이방향으로 연장된 리브(140)는 제1 유로(110)의 압축공기 흐름을 정돈하는 역할을 하는 동시에, 냉각 핀의 역할도 겸비하여 라이너(1250)의 냉각효율을 향상시킨다. 냉각효율의 상승을 위해, 리브(140)의 열전도도가 라이너(1250)의 열전도도보다 큰 소재로 만드는 것이 바람직할 수 있다.

또한, 도 6 및 도 7에 도시된 것처럼, 리브(140)는 길이방향을 따라 분할된 복수 개의 열(141)을 이룰 수 있으며, 이 경우 리브의 열(141) 사이에는 원주방향을 따라 연장된 환형의 횡 리브(142)를 더 포함할 수 있다. 횡 리브(142)의 높이는 리브(140)의 높이보다 상당히 작게 만들어져 제1 유로(110)를 흐르는 압축공기의 유동에 장벽으로 작용하지 않도록 하는 것이 바람직한데, 횡 리브(142)는 길이방향으로 정돈된 압축공기의 유동에 대해 반경 방향의 교란을 부가함으로써 냉각효율을 향상시키는데 기여한다.

그리고, 각 열의 리브(141)는 인접한 다른 열의 리브(141)에 대해 서로 엇갈리게 배열될 수 있다. 이는 길이방향을 따라 흐르는 압축공기가 각 열의 리브(141)를 나갈 때 원주방향을 따라 일부분씩 교환하는 작용을 일으킴으로써 국부적인 온도 편차를 감소시키는데 도움을 준다.

그리고, 도 7을 참조하면, 유동 슬리브(1270) 바깥으로부터 트래지션 피스 채널(100) 쪽으로 압축공기를 도입하는 제2 유로(120)의 복수 개 인입홀(130)은 리브(140)의 하류 영역을 향하도록 배치하고 있다. 이는 최종적으로 리브(140)에서 나가는 제1 유로(110)의 압축공기에 대해 제2 유로(120)의 압축공기를 충돌하여 혼합하는 것이 혼합 효율에서 유리하기 때문이다. 또한, 제1 유로(110)의 압축공기가 라이너(1250)의 상류 영역을 충분히 냉각하여 뜨거워진 이후에 상대적으로 온도가 낮은 제2 유로(120)의 압축공기를 혼합하는 것도 냉각 효율상 유리하다. 리브(140) 이후의 라이너(1250) 하류의 고온 영역은 제1 유로(110)와 제2 유로(120)의 압축공기가 합류하여 충분한 유량이 확보된 압축공기가 냉각을 수행한다.

한편, 본 발명은 환형을 이루는 연소기 케이싱(1210)을 따라 복수의 버너(1220)가 배치된 가스터빈용 연소기(1200)를 제공한다. 각 버너(1220)는, 라이너(1250)와 이와 연결된 트랜지션 피스(1260), 그리고 이들을 감싸는 유동 슬리브(1270)를 포함하는 덕트 조립체를 포함하는데, 위에서 설명한 라이너 냉각구조가 각 버너(1220)별로 구비된다.

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.

1250: 라이너 1260: 트랜지션 피스
1270: 유동 슬리브 100: 트래지션 피스 채널
110: 제1 유로 120: 제2 유로
130: 인입홀 131: 제1열 인입홀
132: 제2열 인입홀 134: 링크
136: 보조 인입홀 140: 리브
141: 리브의 열 142: 횡 리브

Claims

라이너와 이와 연결된 트랜지션 피스, 그리고 이들을 감싸는 유동 슬리브를 포함하는 덕트 조립체의 라이너 냉각구조에 있어서,
상기 트래지션 피스와 유동 슬리브 사이의 환형 공간부로 이루어진 트래지션 피스 채널을 통해 압축공기를 공급하는 제1 유로가 형성되고,
상기 유동 슬리브에는 상기 제1 유로를 흐르는 압축공기 흐름과 같은 방향을 향하면서 예각을 이루고 상기 트래지션 피스 채널을 향해 독립적으로 압축공기를 공급하는 제2 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 라이너 냉각구조.
제1항에 있어서,
상기 제2 유로는 원주방향을 따라 정렬된 복수 개의 인입홀을 포함하고, 상기 인입홀을 통해 상기 제1 유로 쪽으로 상기 압축공기를 공급하는 것을 특징으로 하는 라이너 냉각구조.
제2항에 있어서,
상기 인입홀은 제1열 인입홀 및 상기 제1열 인입홀에 대해 반경 방향 외측으로 정렬된 제2열 인입홀의 2개 열로 이루어진 것을 특징으로 하는 라이너 냉각구조.
제3항에 있어서,
상기 제1열 인입홀과 제2열 인입홀은 반경 방향을 따라 서로 엇갈린 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 라이너 냉각구조.
제3항에 있어서,
상기 복수 개의 제1열 인입홀 사이를 분할하는 링크 상의 반경 방향 내측으로 보조 인입홀이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 라이너 냉각구조.
제2항에 있어서,
상기 라이너의 표면에는 길이방향을 따라 연장된 리브가 원주방향을 따라 복수 개가 구비되는 것을 특징으로 하는 라이너 냉각구조.
제6항에 있어서,
상기 리브는 길이방향을 따라 분할된 복수 개의 열을 이루는 것을 특징으로 하는 라이너 냉각구조.
제7항에 있어서,
상기 리브의 열 사이에는 원주방향을 따라 연장된 환형의 횡 리브를 더 포함하고, 상기 횡 리브의 높이는 상기 리브의 높이보다 작은 것을 특징으로 하는 라이너 냉각구조.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 각 열의 리브는 인접한 다른 열의 리브에 대해 서로 엇갈리게 배열되는 것을 특징으로 하는 라이너 냉각구조.
제6항에 있어서,
상기 리브의 열전도도는 상기 라이너의 열전도도보다 큰 것을 특징으로 하는 라이너 냉각구조.
제6항에 있어서,
상기 제2 유로의 복수 개의 인입홀은 상기 리브의 하류 영역을 향하는 것을 특징으로 하는 라이너 냉각구조.
환형을 이루는 연소기 케이싱을 따라 복수의 버너가 배치된 가스터빈용 연소기로서,
상기 각 버너는, 라이너와 이와 연결된 트랜지션 피스, 그리고 이들을 감싸는 유동 슬리브를 포함하는 덕트 조립체를 포함하고,
상기 라이너의 냉각구조는, 상기 트래지션 피스와 유동 슬리브 사이의 환형 공간부로 이루어진 트래지션 피스 채널을 통해 압축공기를 공급하는 제1 유로가 형성되고, 상기 유동 슬리브에는 상기 제1 유로를 흐르는 압축공기 흐름과 같은 방향을 향하면서 예각을 이루고 상기 트래지션 피스 채널을 향해 독립적으로 압축공기를 공급하는 제2 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 가스터빈용 연소기.
제12항에 있어서,
상기 제2 유로는 원주방향을 따라 정렬된 복수 개의 인입홀을 포함하고, 상기 인입홀을 통해 상기 제1 유로 쪽으로 상기 압축공기를 공급하며,
상기 인입홀은 제1열 인입홀 및 상기 제1열 인입홀에 대해 반경 방향 외측으로 정렬된 제2열 인입홀의 2개 열로 이루어진 것을 특징으로 하는 가스터빈용 연소기.
제13항에 있어서,
상기 제1열 인입홀과 제2열 인입홀은 반경 방향을 따라 서로 엇갈린 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 가스터빈용 연소기.
제13항에 있어서,
상기 복수 개의 제1열 인입홀 사이를 분할하는 링크 상의 반경 방향 내측으로 보조 인입홀이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 가스터빈용 연소기.
제13항에 있어서,
상기 라이너의 표면에는 길이방향을 따라 연장된 리브가 원주방향을 따라 복수 개가 구비하고, 상기 리브는 길이방향을 따라 분할된 복수 개의 열을 이루는 것을 특징으로 하는 가스터빈용 연소기.
제16항에 있어서,
상기 리브의 열 사이에는 원주방향을 따라 연장된 환형의 횡 리브를 더 포함하고, 상기 횡 리브의 높이는 상기 리브의 높이보다 작은 것을 특징으로 하는 가스터빈용 연소기.
제16항 또는 제17항에 있어서,
상기 각 열의 리브는 인접한 다른 열의 리브에 대해 서로 엇갈리게 배열되는 것을 특징으로 하는 가스터빈용 연소기.
제16항에 있어서,
상기 리브의 열전도도는 상기 라이너의 열전도도보다 큰 것을 특징으로 하는 가스터빈용 연소기.
제16항에 있어서,
상기 제2 유로의 복수 개의 인입홀은 상기 리브의 하류 영역을 향하는 것을 특징으로 하는 가스터빈용 연소기.