KR20230119502A

KR20230119502A - 연소기의 점화장치 및 이를 포함하는 연소기와 가스 터빈

Info

Publication number: KR20230119502A
Application number: KR1020220015717A
Authority: KR
Inventors: 강한샘
Original assignee: 두산에너빌리티 주식회사
Priority date: 2022-02-07
Filing date: 2022-02-07
Publication date: 2023-08-16
Also published as: KR102715276B1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 연소기의 점화장치는, 연소기 케이싱에 장착되어 연소 챔버 내부에서 점화시키는 점화장치로서, 상기 점화장치는 상기 연소기 케이싱의 장착플랜지부에 결합되는 가이드 베이스; 상기 가이드 베이스를 통과하여 이동가능하게 장착되는 본체; 상기 본체의 내부에서 신축가능하게 장착되는 선단부; 상기 가이드 베이스에 대해 소정 거리 이격되도록 장착되는 이동가이드; 및 상기 가이드 베이스와 상기 이동가이드 사이에 장착되는 스프링을 포함한다.

Description

연소기의 점화장치 및 이를 포함하는 연소기와 가스 터빈{Ignitor apparatus of combuster and Combuster and Gas turbine comprising the same}

본 발명은 연소기의 점화장치 및 이를 포함하는 연소기와 가스 터빈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연소기 케이싱에 장착된 점화장치의 선단부뿐만 아니라 본체도 이동시킴으로써 점화장치의 스크로크를 증가시켜서 점화 후 선단부가 연소실 내부에 남지 않고 완전히 빠질 수 있도록 구성된 연소기의 점화장치 및 이를 포함하는 연소기와 가스 터빈에 관한 것이다.

터빈이란 증기, 가스와 같은 압축성 유체의 흐름을 이용하여 충동력 또는 반동력으로 회전력을 얻는 기계장치로, 증기를 이용하는 증기터빈 및 고온의 연소 가스를 이용하는 가스 터빈 등이 있다.

이 중, 가스 터빈은 크게 압축기와 연소기와 터빈으로 구성된다. 상기 압축기는 공기를 도입하는 공기 도입구가 구비되고, 압축기 하우징 내에 복수의 압축기 베인과, 압축기 블레이드가 교대로 배치되어 있다.

연소기는 상기 압축기에서 압축된 압축 공기에 대하여 연료를 공급하고 버너로 점화함으로써 고온고압의 연소 가스가 생성된다.

터빈은 터빈 하우징 내에 복수의 터빈 베인과, 터빈 블레이드가 교대로 배치되어 있다. 또한, 압축기와 연소기와 터빈 및 배기실의 중심부를 관통하도록 로터가 배치되어 있다.

상기 로터는 양단부가 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된다. 그리고, 상기 로터에 복수의 디스크가 고정되어, 각각의 블레이드가 연결되는 동시에, 배기실측의 단부에 발전기 등의 구동축이 연결된다.

이러한 가스 터빈은 4행정 기관의 피스톤과 같은 왕복운동 기구가 없기 때문에 피스톤-실린더와 같은 상호 마찰부분이 없어 윤활유의 소비가 극히 적으며 왕복운동기계의 특징인 진폭이 대폭 감소되고, 고속운동이 가능한 장점이 있다.

가스 터빈의 작동에 대해서 간략하게 설명하면, 압축기에서 압축된 공기가 연료와 혼합되어 연소됨으로써 고온의 연소 가스가 만들어지고, 이렇게 만들어진 연소 가스는 터빈측으로 분사된다. 분사된 연소 가스가 상기 터빈 베인 및 터빈 블레이드를 통과하면서 회전력을 생성하고, 이에 상기 로터가 회전하게 된다.

가스 터빈의 연소기의 점화기는 점화 직후에 연소기 외부로 이탈할 수 있도록 자체 스트로크를 가지고 있다. 그런데, 연소기의 크기가 큰 경우 연소기의 스트로크 가동 범위가 충분하지 못할 수도 있다. 스트로크가 부족하여 점화 후에도 연소기 내부에 점화기의 선단부가 남아 있게 될 경우 점화기의 손상을 야기할 우려가 있다.

등록특허공보 제10-1761881호

본 발명은 연소기 케이싱에 장착된 점화장치의 선단부뿐만 아니라 본체도 이동시킴으로써 점화장치의 스크로크를 증가시켜서 점화 후 선단부가 연소실 내부에 남지 않고 완전히 빠질 수 있도록 구성된 연소기의 점화장치 및 이를 포함하는 연소기와 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연소기의 점화장치는, 연소기 케이싱에 장착되어 연소 챔버 내부에서 점화시키는 점화장치로서, 상기 점화장치는 상기 연소기 케이싱의 장착플랜지부에 결합되는 가이드 베이스; 상기 가이드 베이스를 통과하여 이동가능하게 장착되는 본체; 상기 본체의 내부에서 신축가능하게 장착되는 선단부; 상기 가이드 베이스에 대해 소정 거리 이격되도록 장착되는 이동가이드; 및 상기 가이드 베이스와 상기 이동가이드 사이에 장착되는 스프링을 포함한다.

상기 가이드 베이스는 상기 연소기 케이싱의 외면에 형성된 장착플랜지부에 체결되어 장착되고, 상기 선단부는 연소기의 라이너 내부 공간까지 상기 본체에 대해 신축가능하게 배치될 수 있다.

상기 본체는 일단이 막힌 원형 파이프 형태로 이루어지고, 상기 선단부는 상기 본체의 타단부에서 신축가능하게 장착될 수 있다.

상기 이동가이드는 상기 가이드 베이스에 결합된 복수의 가이드바에 장착되어 길이방향으로 슬라이딩 이동되도록 안내될 수 있다.

상기 점화장치는 상기 본체의 중간부 외주면에 구비되어 상기 이동가이드에 결합되는 결합리브를 더 포함할 수 있다.

상기 점화장치는 상기 본체의 외주면에 상기 결합리브로부터 소정 거리 이격되도록 구비되는 지지리브와, 상기 결합리브와 상기 지지리브 사이에 연결되는 복수의 지지바를 더 포함할 수 있다.

상기 점화장치는 상기 복수의 가이드바 중 하나에 장착되어 상기 이동가이드가 상기 스프링을 압축시킨 위치에서 고정시키는 래칫을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 점화장치를 포함하는 연소기는, 연료 노즐 모듈이 장착된 노즐 케이싱과, 상기 노즐 케이싱에 연결되고 내부에 연소실을 형성하는 라이너와, 상기 라이너에 연결되는 트랜지션피스와, 상기 연소실 내부의 연료 공기 혼합 가스를 점화시키는 점화장치를 포함하는 연소기에 있어서, 상기 점화장치는 상기 연소기 케이싱의 장착플랜지부에 결합되는 가이드 베이스; 상기 가이드 베이스를 통과하여 이동가능하게 장착되는 본체; 상기 본체의 내부에서 신축가능하게 장착되는 선단부; 상기 가이드 베이스에 대해 소정 거리 이격되도록 장착되는 이동가이드; 및 상기 가이드 베이스와 상기 이동가이드 사이에 장착되는 스프링을 포함한다.

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, 연료 노즐 모듈이 장착된 노즐 케이싱과, 상기 노즐 케이싱에 연결되고 내부에 연소실을 형성하는 라이너와, 상기 라이너에 연결되는 트랜지션피스와, 상기 연소실 내부의 연료 공기 혼합 가스를 점화시키는 점화장치를 포함하며, 상기 점화장치는 상기 연소기 케이싱의 장착플랜지부에 결합되는 가이드 베이스; 상기 가이드 베이스를 통과하여 이동가능하게 장착되는 본체; 상기 본체의 내부에서 신축가능하게 장착되는 선단부; 상기 가이드 베이스에 대해 소정 거리 이격되도록 장착되는 이동가이드; 및 상기 가이드 베이스와 상기 이동가이드 사이에 장착되는 스프링을 포함한다.

상기 이동가이드는 상기 가이드 베이스에 결합된 복수의 가이드바에 장착되어 길이방향으로 슬라이딩 이동되도록 안내되고, 상기 점화장치는 상기 본체의 중간부 외주면에 구비되어 상기 이동가이드에 결합되는 결합리브를 더 포함할 수 있다.

상기한 본 발명의 연소기의 점화장치 및 이를 포함하는 연소기와 가스 터빈에 의하면, 연소기 케이싱에 장착된 점화장치의 선단부뿐만 아니라 본체도 이동시킴으로써 점화장치의 스크로크를 증가시켜서 점화 후 선단부가 연소실 내부에 남지 않고 완전히 빠질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 일부 절개 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 가스 터빈에서 연소기 부위를 확대하여 나타내는 일부 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연소기를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연소기와 점화장치를 확대하여 나타내는 일부 사시도이다.
도 6은 도 5에서 연료 노즐 모듈을 생략하고 도시한 일부 사시도이다.
도 7은 연소기 케이싱에 장착된 점화장치를 확대하여 나타내는 일부 사시도이다.
도 8은 도 7의 점화장치를 나타내는 사시도이다.

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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 일부 절개 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈(1000)은 압축기(1100), 연소기(1200), 터빈(1300)을 포함한다. 압축기(1100)는 방사상으로 설치된 다수의 블레이드(1110)를 구비한다. 압축기(1100)는 블레이드(1110)를 회전시키며, 블레이드(1110)의 회전에 의해 공기가 압축되면서 이동한다. 블레이드(1110)의 크기 및 설치 각도는 설치 위치에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서 압축기(1100)는 터빈(1300)과 직접 또는 간접적으로 연결되어, 터빈(1300)에서 발생되는 동력의 일부를 전달받아 블레이드(1110)의 회전에 이용할 수 있다.

압축기(1100)에서 압축된 공기는 연소기(1200)로 이동한다. 연소기(1200)는 환형으로 배치되는 복수의 연소 챔버(1210)와 연료 노즐 모듈(1220)을 포함한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈(1000)은 하우징(1010)을 구비하고 있고, 하우징(1010)의 후측에는 터빈을 통과한 연소 가스가 배출되는 디퓨져(1400)가 구비되어 있다. 그리고, 디퓨져(1400)의 앞쪽으로 압축된 공기를 공급받아 연소시키는 연소기(1200)가 배치된다.

공기의 흐름 방향을 기준으로 설명하면, 하우징(1010)의 상류측에 압축기 섹션(1100)이 위치하고, 하류 측에 터빈 섹션(1300)이 배치된다. 그리고, 압축기 섹션(1100)과 터빈 섹션(1300)의 사이에는 터빈 섹션(1300)에서 발생된 회전토크를 압축기 섹션(1100)으로 전달하는 토크 전달부재로서의 토크튜브 유닛(1500)이 배치되어 있다.

상기 압축기 섹션(1100)에는 복수(예를 들어 14매)의 압축기 로터 디스크(1120)가 구비되고, 상기 각각의 압축기 로터 디스크(1120)들은 타이로드(1600)에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결되어 있다.

구체적으로, 상기 각각의 압축기 로터 디스크(1120)는 회전축을 구성하는 타이로드(1600)가 대략 중앙을 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬되어 있다. 여기서, 이웃한 각각의 압축기 로터 디스크(1120)는 대향하는 면이 상기 타이로드(1600)에 의해 압착되어, 상대 회전이 불가능하도록 배치된다.

상기 압축기 로터 디스크(1120)의 외주면에는 복수 개의 블레이드(1110)가 방사상으로 결합되어 있다. 각각의 블레이드(1110)는 도브테일부(1112)를 구비하여 상기 압축기 로터 디스크(1120)에 체결된다.

상기 각각의 로터 디스크(1120)의 사이에는 상기 하우징에 고정되어 배치되는 베인(미도시)이 위치한다. 상기 베인은 상기 로터 디스크와는 달리 회전하지 않도록 고정되며, 압축기 로터 디스크의 블레이드를 통과한 압축 공기의 흐름을 정렬하여 하류측에 위치하는 로터 디스크의 블레이드로 공기를 안내하는 역할을 하게 된다.

상기 도브테일부(1112)의 체결방식은 탄젠셜 타입(tangential type)과 액셜 타입(axial type)이 있다. 이는 상용되는 가스 터빈의 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 상기 블레이드를 로터 디스크에 체결할 수 있다.

상기 타이로드(1600)는 상기 복수 개의 압축기 로터 디스크(1120) 및 터빈 로터 디스크(1320)들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 상기 타이로드(1600)는 하나 또는 복수의 타이로드로 구성될 수 있다. 상기 타이로드(1600)의 일측 단부는 최상류측에 위치한 압축기 로터 디스크 내에 체결되고, 상기 타이로드(1600)의 타측 단부는 고정 너트(1450)에 의해 체결된다.

상기 타이로드(1600)의 형태는 가스 터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도 2에 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.

도시되지는 않았으나, 가스 터빈의 압축기에는 유체의 압력을 높이고 난 후 연소기 입구로 들어가는 유체의 유동각을 설계 유동각으로 맞추기 위하여 디퓨져(diffuser)의 다음 위치에 안내깃 역할을 하는 베인이 설치될 수 있으며, 이를 디스윌러(deswirler)라고 한다.

상기 연소기(1200)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소 가스를 만들어 내며, 등압연소과정으로 연소기 및 터빈 부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소 가스 온도를 높이게 된다.

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

구체적으로, 상기 라이너는 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 결합되며, 측벽에는 점화플러그가 결합된다.

한편 라이너의 후단에는, 점화플러그에 의해 연소되는 연소 가스를 터빈 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션피스가 연결된다. 이러한 트랜지션피스는, 연소 가스의 높은 온도에 의한 파손이 방지되도록 외벽부가 압축기로부터 공급되는 압축공기에 의해 냉각된다.

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

상기 라이너의 환형공간에는 전술한 트랜지션피스를 냉각시킨 냉각공기가 유동되며, 라이너의 외벽에는 플로우 슬리브의 외부에서 압축공기가 플로우 슬리브에 마련되는 냉각 홀들을 통해 냉각공기로 제공되어 충돌할 수 있다.

한편, 상기 연소기에서 나온 고온, 고압의 연소 가스는 상술한 터빈(1300)으로 공급된다. 공급된 고온 고압의 연소 가스가 팽창하면서 터빈의 회전날개에 충돌하여, 반동력을 주어 회전 토크가 야기되고, 이렇게 얻어진 회전 토크는 상술한 토크튜브를 거쳐 압축기으로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 동력은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.

상기 터빈(1300)은 기본적으로는 압축기의 구조와 유사하다. 즉, 상기 터빈(1300)에도 압축기의 압축기 로터 디스크와 유사한 복수의 터빈 로터 디스크(1320)가 구비된다. 따라서, 상기 터빈 로터 디스크(1320) 역시, 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 블레이드(1340)를 포함한다. 터빈 블레이드(1340) 역시 도브테일 등의 방식으로 터빈 로터 디스크(1320)에 결합될 수 있다. 아울러, 터빈 로터 디스크(1320)의 블레이드(1340)의 사이에도 하우징에 고정되는 터빈 베인(1330)이 구비되어, 블레이드를 통과한 연소 가스의 흐름 방향을 가이드하게 된다.

상기 터빈 로터 디스크(1320)는 대략 원판 형태를 가지고 있고, 그 외주부에는 복수 개의 결합 슬롯이 형성되어 있다. 상기 결합 슬롯은 전나무(fir-tree) 형태의 굴곡면을 갖도록 형성된다.

상기 결합 슬롯에 터빈 블레이드(1340)가 체결된다. 터빈 블레이드(1340)는 대략 중앙부에 평판 형태의 플랫폼부를 가질 수 있다. 플랫폼부는 이웃한 터빈 블레이드의 플랫폼부와 그 측면이 서로 접하여 블레이드들 사이의 간격을 유지시키는 역할을 한다.

상기 플랫폼부의 저면에는 루트부가 형성된다. 루트부는 상술한 로터 디스크(1320)의 결합 슬롯에 로터 디스크(1320)의 축방향을 따라서 삽입되는, 액셜 타입(axial-type)의 형태를 갖는다.

상기 루트부는 대략 전나무 형태의 굴곡부를 가지며, 이는 결합 슬롯에 형성된 굴곡부의 형태와 상응하도록 형성된다. 여기서, 루트부의 결합구조는 반드시 전나무 형태를 가질 필요는 없고, 도브테일 형태를 갖도록 형성될 수도 있다.

상기 플랫폼부의 상부면에는 블레이드부가 형성된다. 블레이드부는 가스 터빈의 사양에 따라 최적화된 익형을 갖도록 형성되고, 연소 가스의 흐름 방향을 기준으로 상류측에 배치되는 리딩 엣지와 하류측에 배치되는 트레일링 엣지를 갖는다.

여기서, 압축기의 블레이드와는 달리, 터빈의 블레이드는 고온고압의 연소 가스와 직접 접촉하게 된다. 연소 가스의 온도는 1700℃에 달할 정도의 고온이기 때문에 냉각 수단을 필요로 하게 된다. 이를 위해서, 압축기의 일부 개소에서 압축된 공기를 추기하여 터빈측 블레이드로 공급하는 냉각 유로를 갖게 된다.

상기 냉각 유로는 하우징 외부에서 연장되거나(외부 유로), 로터 디스크의 내부를 관통하여 연장될 수 있고(내부 유로), 외부 및 내부 유로를 모두 사용할 수도 있다. 상기 블레이드부의 표면에는 다수의 필름 쿨링홀이 형성되는데, 필름 쿨링홀들은 블레이드부의 내부에 형성되는 쿨링 유로(미도시)와 연통되어 냉각 공기를 블레이드부의 표면에 공급하는 역할을 하게 된다.

한편, 상기 터빈의 블레이드부는 하우징의 내부에서 연소 가스에 의해 회전하게 되며, 블레이드부가 원활하게 회전할 수 있도록 블레이드부의 끝단과 하우징의 내면 사이에는 간극이 존재하게 된다. 다만, 상술한 바와 같이 간극을 통해 연소 가스가 누설될 수 있으므로, 이를 차단하기 위한 실링 수단을 필요로 하게 된다.

터빈 베인과 터빈 블레이드는 공히 에어포일 형태로서, 리딩 에지, 트레일링 에지, 흡입면, 압력면으로 구성된다. 터빈 베인과 터빈 블레이드의 내부는 냉각 시스템을 형성하는 복잡한 미로 구조를 포함한다. 베인과 블레이드 내의 냉각 회로는 터빈 엔진의 압축기로부터의 냉각 유체, 예를 들어 공기를 수용하며, 베인과 블레이드 캐리어에 결합되도록 이루어진 베인과 블레이드의 단부를 통해 유체가 통과한다. 냉각 회로는 통상 비교적 균일한 온도에서 터빈 베인과 블레이드의 모든 면들을 유지할 수 있도록 설계된 다수의 유동 경로를 포함하며, 이들 냉각 회로를 통과하는 유체의 적어도 일부는 베인의 리딩 에지, 트레일링 에지, 흡입면, 압력면의 개구들을 통해 배출된다.

본 발명의 가스 터빈(1000)은 압축기(1100), 연소기(1200), 터빈(1300)이 각각 외면에 케이싱을 구비한다. 복수의 케이싱은 서로 볼트, 나사 등의 다수의 체결부재에 의해 서로 결합될 수 있다.

도 3은 도 1의 가스 터빈에서 연소기 부위를 확대하여 나타내는 일부 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연소기를 나타내는 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연소기와 점화장치를 확대하여 나타내는 일부 사시도이고, 도 6은 도 5에서 연료 노즐 모듈을 생략하고 도시한 일부 사시도이며, 도 7은 연소기 케이싱에 장착된 점화장치를 확대하여 나타내는 일부 사시도이고, 도 8은 도 7의 점화장치를 나타내는 사시도이다.

우선, 도 3에 도시된 바와 같이, 연소기(1200)의 연료 노즐 모듈(1220)을 구비하는 연소 챔버(1210)는 연소기 케이싱(1230)에 복수개가 환형으로 배열되도록 장착될 수 있다. 복수의 연소기(1200)에는 각각 점화장치(100)가 연소기 케이싱(1230)에 장착될 수 있다. 점화장치(100)는 각 연소기(1200)마다 하나씩 장착될 수도 있지만, 2개 이상의 연소기(1200)를 하나의 점화장치(100)로 점화하도록 구성될 수도 있다. 후자의 경우, 하나의 연소기(1200)가 점화되면 인접하는 연소기(1200)가 연쇄적으로 점화될 수 있다.

도 4에 도시된 연소기(1200)의 외형을 살펴보면, 내부에 연료 노즐 모듈(1220)이 구비되어 연소기 케이싱(1230)에 장착되는 노즐 케이싱(1250)과, 노즐 케이싱(1250)에 결합되는 라이너(1260)와, 라이너(1260)에 결합되는 트랜지션피스(1270)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 연소기(1200)의 점화장치(100)는, 연소기 케이싱(1230)에 장착되어 연소 챔버 내부에서 점화시키는 점화장치로서, 점화장치(100)는 연소기 케이싱의 장착플랜지부(1240)에 결합되는 가이드 베이스(140), 가이드 베이스를 통과하여 이동가능하게 장착되는 본체(110), 본체의 내부에서 신축가능하게 장착되는 선단부(130), 가이드 베이스에 대해 소정 거리 이격되도록 장착되는 이동가이드(150), 및 가이드 베이스와 이동가이드 사이에 장착되는 스프링(170)을 포함한다.

점화장치(100)는 그 선단부가 연소기(1200)의 연소 챔버 내부에 배치되어 점화하도록 연소기 케이싱(1230)에 관통하도록 장착될 수 있다.

점화장치(100)는 본체(110)에 대해 선단부(130)가 신축가능하게 결합될 수 있다. 본 발명의 점화장치(100)는 선단부(130)뿐만 아니라 본체(110)도 연소기 케이싱(1230)에 대해 이동가능하게 장착되기 때문에, 선단부(130)의 스트로크(stroke), 즉 이동거리가 더욱 커질 수 있다.

가이드 베이스(140)는 대략 사각형 디스크 형태로 이루어지고 중심부에 본체(110)가 통과하는 관통공이 형성될 수 있다. 가이드 베이스(140)는 중심부 관통공 주위에 복수의 체결공을 구비하여, 연소기 케이싱(1230)의 외면에 형성된 장착플랜지부(1240)에 복수의 볼트에 의해 체결되어 결합될 수 있다.

선단부(130)는 본체(110)의 내부에서 신축가능하게 장착되되, 선단이 최대로 신장되었을 때 연소기(1200)의 라이너(1260) 내부 공간까지 신장되고, 수축되면 선단이 연소실 외측으로 완전히 빠져서 배치될 수 있다.

이동가이드(150)는 가이드 베이스(140)에 대해 소정 거리 이격되도록 장착되되, 가이드 베이스(140)와의 이격거리가 가감되도록 이동될 수 있다. 이동가이드(150)의 중심부에도 가이드 베이스(140)와 마찬가지로 본체(110)가 통과하는 관통공이 형성될 수 있다.

스프링(170)은 가이드 베이스(140)와 이동가이드(150) 사이에 압축 가능하게 장착될 수 있다. 스프링(170)은 본체(110) 주위에 배치되는 압축 스프링일 수 있다. 스프링(170)은 압축된 후에 복원력에 의해 이동가이드(150)와 이에 결합된 본체(110)를 연소기(1200) 외측으로 밀어줄 수 있다.

본체(110)는 일단이 막힌 원형 파이프 형태로 이루어지고, 선단부(130)는 본체의 타단부에서 신축가능하게 장착될 수 있다. 그래서, 선단부(130)의 일단부는 본체(110) 내부에서 슬라이딩 가능하게 삽입되고, 본체(110)의 출구에서 선단부(130)의 일단부가 완전히 빠지지 않도록 내부에 걸림턱을 구비할 수 있다.

이동가이드(150)는 가이드 베이스(140)에 결합된 복수의 가이드바(160)에 장착되어 길이방향으로 슬라이딩 이동되도록 안내될 수 있다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 복수의 가이드바(160)는 원형 단면을 가진 소정 길이의 바로 구성되고, 각 일단이 가이드 베이스(140)의 꼭지점 부위에 결합되어 고정될 수 있다. 도면에서 가이드바(160)가 4개 구비된 것이 도시되어 있는데, 가이드바(160)는 3~6개가 배치될 수 있다.

이동가이드(150)에도 가이드 베이스(140)와 마찬가지로 복수의 가이드바(160)가 통과하는 복수의 관통공이 꼭지점 부위에 형성될 수 있다. 그래서, 이동가이드(150)는 복수의 가이드바(160)에 슬라이딩되며 이동될 수 있다.

점화장치(100)는 본체(110)의 중간부 외주면에 구비되어 이동가이드(150)에 결합되는 결합리브(120)를 더 포함할 수 있다. 결합리브(120)는 원형 디스크 형태로 이루어지고, 이동가이드(150)에 볼트로 체결할 수 있도록 중심부 관통공 주위에 형성된 복수의 체결공을 구비할 수 있다. 결합리브(120)는 본체(110)의 외주면에 고정되고, 결합리브(120)가 이동가이드(150)에 결합되므로, 이동가이드(150)가 움직이면, 결합리브(120)와 본체(110)도 함께 움직일 수 있다.

점화장치(100)는 본체(110)의 외주면에 결합리브(120)로부터 소정 거리 이격되도록 구비되는 지지리브(122)와, 결합리브(120)와 지지리브(122) 사이에 연결되는 복수의 지지바(124)를 더 포함할 수 있다.

지지리브(122)는 결합리브(120)와 본체(110)의 상단 사이에서 본체(110)의 외주면에 결합되어 고정될 수 있다. 지지리브(122)도 원형 디스크 형태로 이루어지지만, 결합리브(120)보다 작은 직경과 두께를 가질 수 있다.

복수의 지지바(124)는 결합리브(120)와 지지리브(122) 사이에 양단이 결합되도록 연결될 수 있다. 복수의 지지바(124)는 4개가 구비된 것이 도시되어 있으나, 3~6개가 배치될 수 있다.

지지리브(122)와 복수의 지지바(124)는 결합리브(120)와 함께 본체(110)에 결합되어 본체(110)가 휘어지지 않도록 지지할 수 있다.

점화장치(100)는 복수의 가이드바(160) 중 하나에 장착되어 이동가이드(150)가 스프링(170)을 압축시킨 위치에서 고정시키는 래칫(180)을 더 포함할 수 있다.

래칫(180)은 회전되는 톱니바퀴에 걸쇠가 걸리도록 구성되어, 일방향으로 회전되는 것은 허용하되 타방향으로는 회전되지 않도록 제한할 수 있다. 이러한 래칫장치의 원리에 따라, 외측에서 본체(110)를 연소기(1200) 내측 방향으로 밀면, 이동가이드(150)가 스프링(170)을 압축시키는데, 이때 본체(110)를 밀지 않더라도 래칫(180)에 의해 스프링(170)이 압축된 상태를 유지할 수 있다. 선단부(130)가 최대로 신장되어 점화시킨 후에는, 래칫(180)의 걸쇠를 해제하면 스프링(170)의 복원력에 의해 본체(110)가 외측으로 이동될 수 있다.

한편, 가이드바(160)의 상단에는 이동가이드(150)가 빠지지 않도록 지지하는 돌기 또는 걸림턱이 구비될 수 있다. 스프링(170)의 복원력에 의해 본체(110)가 외측으로 빠르게 움직인 후 이동가이드(150)가 가이드바(160)의 상단에 걸려 정지하면, 선단부(130)도 관성에 의해 본체(110) 내부로 들어갈 수 있다. 그럼으로써, 점화장치(100)의 선단부(130)는 노즐 케이싱(1250) 외측으로 완전히 빠져서 연소실 내부에 남아있지 않게 된다.

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

1000: 가스터빈 1010: 하우징
1100: 압축기 1110: 압축기 블레이드
1112: 도브테일부 1120: 압축기 로터 디스크
1200: 연소기 1210: 연소 챔버
1220: 연료 노즐 모듈 1230: 연소기 케이싱
1240: 점화기 장착플랜지부 1250: 노즐 케이싱
1260: 라이너 1270: 트랜지션피스
1300: 터빈 1320: 터빈 로터 디스크
1330: 터빈 베인 1340: 터빈 블레이드
1400: 디퓨져 1450: 고정너트
1500: 토크튜브 유닛 1600: 타이로드
100: 점화장치
110: 본체 120: 결합리브
122: 지지리브 124: 지지바
130: 선단부 140: 가이드 베이스
150: 이동가이드 160: 가이드바
170: 스프링 180: 래칫

Claims

연소기 케이싱에 장착되어 연소 챔버 내부에서 점화시키는 점화장치로서,
상기 점화장치는
상기 연소기 케이싱의 장착플랜지부에 결합되는 가이드 베이스;
상기 가이드 베이스를 통과하여 이동가능하게 장착되는 본체;
상기 본체의 내부에서 신축가능하게 장착되는 선단부;
상기 가이드 베이스에 대해 소정 거리 이격되도록 장착되는 이동가이드; 및
상기 가이드 베이스와 상기 이동가이드 사이에 장착되는 스프링을 포함하는 연소기의 점화장치.
제1항에 있어서,
상기 가이드 베이스는 상기 연소기 케이싱의 외면에 형성된 장착플랜지부에 체결되어 장착되고,
상기 선단부는 연소기의 라이너 내부 공간까지 상기 본체에 대해 신축가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 연소기의 점화장치.
제1항에 있어서,
상기 본체는 일단이 막힌 원형 파이프 형태로 이루어지고,
상기 선단부는 상기 본체의 타단부에서 신축가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 연소기의 점화장치.
제1항에 있어서,
상기 이동가이드는
상기 가이드 베이스에 결합된 복수의 가이드바에 장착되어 길이방향으로 슬라이딩 이동되도록 안내되는 것을 특징으로 하는 연소기의 점화장치.
제4항에 있어서,
상기 점화장치는 상기 본체의 중간부 외주면에 구비되어 상기 이동가이드에 결합되는 결합리브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기의 점화장치.
제5항에 있어서,
상기 점화장치는
상기 본체의 외주면에 상기 결합리브로부터 소정 거리 이격되도록 구비되는 지지리브와,
상기 결합리브와 상기 지지리브 사이에 연결되는 복수의 지지바를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기의 점화장치.
제4항에 있어서,
상기 점화장치는 상기 복수의 가이드바 중 하나에 장착되어 상기 이동가이드가 상기 스프링을 압축시킨 위치에서 고정시키는 래칫을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기의 점화장치.
연료 노즐 모듈이 장착된 노즐 케이싱과, 상기 노즐 케이싱에 연결되고 내부에 연소실을 형성하는 라이너와, 상기 라이너에 연결되는 트랜지션피스와, 상기 연소실 내부의 연료 공기 혼합 가스를 점화시키는 점화장치를 포함하는 연소기에 있어서,
상기 점화장치는
상기 연소기 케이싱의 장착플랜지부에 결합되는 가이드 베이스;
상기 가이드 베이스를 통과하여 이동가능하게 장착되는 본체;
상기 본체의 내부에서 신축가능하게 장착되는 선단부;
상기 가이드 베이스에 대해 소정 거리 이격되도록 장착되는 이동가이드; 및
상기 가이드 베이스와 상기 이동가이드 사이에 장착되는 스프링을 포함하는 연소기.
제8항에 있어서,
상기 가이드 베이스는 상기 연소기 케이싱의 외면에 형성된 장착플랜지부에 체결되어 장착되고,
상기 선단부는 연소기의 라이너 내부 공간까지 상기 본체에 대해 신축가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 연소기.
제8항에 있어서,
상기 본체는 일단이 막힌 원형 파이프 형태로 이루어지고,
상기 선단부는 상기 본체의 타단부에서 신축가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 연소기.
제8항에 있어서,
상기 이동가이드는
상기 가이드 베이스에 결합된 복수의 가이드바에 장착되어 길이방향으로 슬라이딩 이동되도록 안내되는 것을 특징으로 하는 연소기.
제11항에 있어서,
상기 점화장치는 상기 본체의 중간부 외주면에 구비되어 상기 이동가이드에 결합되는 결합리브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기.
제12항에 있어서,
상기 점화장치는
상기 본체의 외주면에 상기 결합리브로부터 소정 거리 이격되도록 구비되는 지지리브와,
상기 결합리브와 상기 지지리브 사이에 연결되는 복수의 지지바를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기.
제11항에 있어서,
상기 점화장치는 상기 복수의 가이드바 중 하나에 장착되어 상기 이동가이드가 상기 스프링을 압축시킨 위치에서 고정시키는 래칫을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 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, 연료 노즐 모듈이 장착된 노즐 케이싱과, 상기 노즐 케이싱에 연결되고 내부에 연소실을 형성하는 라이너와, 상기 라이너에 연결되는 트랜지션피스와, 상기 연소실 내부의 연료 공기 혼합 가스를 점화시키는 점화장치를 포함하며,
상기 점화장치는
상기 연소기 케이싱의 장착플랜지부에 결합되는 가이드 베이스;
상기 가이드 베이스를 통과하여 이동가능하게 장착되는 본체;
상기 본체의 내부에서 신축가능하게 장착되는 선단부;
상기 가이드 베이스에 대해 소정 거리 이격되도록 장착되는 이동가이드; 및
상기 가이드 베이스와 상기 이동가이드 사이에 장착되는 스프링을 포함하는 가스 터빈.
제15항에 있어서,
상기 가이드 베이스는 상기 연소기 케이싱의 외면에 형성된 장착플랜지부에 체결되어 장착되고,
상기 선단부는 연소기의 라이너 내부 공간까지 상기 본체에 대해 신축가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
제15항에 있어서,
상기 본체는 일단이 막힌 원형 파이프 형태로 이루어지고,
상기 선단부는 상기 본체의 타단부에서 신축가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
제15항에 있어서,
상기 이동가이드는 상기 가이드 베이스에 결합된 복수의 가이드바에 장착되어 길이방향으로 슬라이딩 이동되도록 안내되고,
상기 점화장치는 상기 본체의 중간부 외주면에 구비되어 상기 이동가이드에 결합되는 결합리브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
제18항에 있어서,
상기 점화장치는
상기 본체의 외주면에 상기 결합리브로부터 소정 거리 이격되도록 구비되는 지지리브와,
상기 결합리브와 상기 지지리브 사이에 연결되는 복수의 지지바를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
제18항에 있어서,
상기 점화장치는 상기 복수의 가이드바 중 하나에 장착되어 상기 이동가이드가 상기 스프링을 압축시킨 위치에서 고정시키는 래칫을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.