KR20240104803A - 노즐 어셈블리, 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연소실에 연료 및 공기를 공급하는 복수개의 튜브의 배치구조 및 크기를 개선하여 진동을 저감시키는 노즐어셈블리, 이를 이용한 연소기 및 가스터빈을 제공하기 위한 것으로, 가스터빈 연소기의 연소챔버로 연료와 압축공기를 분사하는 복수개의 튜브로 이루어진 노즐군을 구비하는 노즐 어셈블리에 있어서, 연료와 압축공기를 분사하며 상기 노즐군의 중앙에 배치되는 중앙튜브; 상기 중앙튜브의 외측에 이격되어 배치되는 복수개의 외곽튜브 및 상기 중앙튜브와 상기 외곽튜브를 지지하는 지지플레이트를 포함하고, 상기 중앙튜브와 상기 복수개의 외곽튜브는 적어도 일부가 서로 상이한 직경을 가지는 노즐어셈블리, 이를 이용한 연소기 및 가스터빈을 제공한다.

Description

노즐 어셈블리, 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈{Nozzle assembly, Combustor and Gas turbine comprising the same}

본 발명은 노즐 어셈블리, 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스터빈의 연소기에 구비되며 연소기의 연소챔버로 연료 및 압축공기를 분사하는 노즐 어셈블리 및 이를 이용한 연소기 및 가스터빈에 관한 것이다.

터보머신이란, 터보머신을 통과하는 유체(특히, 기체)를 통해 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 장치를 의미한다. 따라서 터보머신은 통상 발전기와 함께 설치되어 사용된다. 이러한 터보머신으로는 가스터빈(Gas turbine), 스팀터빈(Steam turbine), 풍력터빈(Wind power turbine) 등이 해당될 수 있다. 가스터빈은 압축공기와 천연가스를 혼합하여 연소시켜 연소가스를 생성하고, 이와 같이 생성된 연소가스를 이용하여 발전을 위한 동력을 생성하는 장치이다. 스팀터빈은 물을 가열하여 생성되는 증기를 이용하여 발전을 위한 동력을 생성하는 장치이다. 풍력터빈은 풍력을 발전용 동력으로 전환하는 장치이다.

터보머신 중 가스터빈에 대해 살펴보면, 가스터빈은 압축기와 연소기 및 터빈을 포함한다. 압축기는 압추기 케이싱 내에 다수개의 압축기 베인과 압축기 블레이드가 교대로 배치된다. 그리고 압축기는 압축기 입구 스크롤 스트럿(Compressor inlet scroll strut)을 통해 외부의 공기를 흡입한다. 이렇게 흡입된 공기는 압축기의 내부를 통과하면서 상기 압축기 베인과 압축기 블레이드에 의해 압축된다. 연소기는 상기 압축기에서 압축된 압축공기를 공급받아 연료와 혼합시킨다.

또한, 연소기는 압축공기와 혼합된 연료를 점화기로 점화하여 고온고압의 연소가스를 생성한다. 이와 같이 생성된 연소가스는 터빈으로 공급된다. 터빈은 터빈 케이싱 내에 복수개의 터빈 베인과 터빈 블레이드가 교대로 배치된다. 그리고 터빈은 연소기에서 생성된 연소가스를 공급받아 내부로 통과시킨다. 터빈의 내부를 통과하는 연소가스는 터빈 블레이드를 회전시키게 되고, 터빈의 내부를 완전히 통과하게 된 연소가스는 터빈 디퓨저를 통해 외부로 토출되게 된다.

터보머신 중 증기터빈에 대해 살펴보면, 증기터빈은 증발기와 터빈을 포함한다. 상기 증발기는 외부로부터 공급받은 물을 가열하여 증기를 생성한다. 상기 터빈은 가스터빈에서의 터빈과 마찬가지로 터빈 케이싱 내에 복수개의 터빈 베인과 터빈 블레이드가 교대로 배치된다. 다만, 증기터빈에서의 터빈은 연소가스가 아닌 상기 증발기에서 생성된 증기를 내부로 통과시켜, 터빈 블레이드를 회전시킨다.

한편, 터보머신 중 가스터빈의 경우, 수소를 연료로 사용할 수 있다. 수소와 같이 빠른 화염속도를 갖는 물질을 효율적으로 분사하기 위하여 복수개의 튜브를 이용하여 연료 및 공기를 연소실로 공급하는 구조가 제안된다.

이와 같은 복수개의 튜브를 이용하여 연료 및 공기를 연소실로 공급하는 경우, 복수개의 튜브에서 분사되는 연료 및 공기의 와류로 인하여 진동이 발생될 수 있으며, 더욱이 복수개의 튜브의 분사 위상이 병합되면 진동이 더 크게 발생한다는 문제가 있다.

KR 10-1882107 B

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 연소실에 연료 및 공기를 공급하는 복수개의 튜브의 배치구조 및 크기를 개선하여 진동을 저감시키는 노즐어셈블리, 이를 이용한 연소기 및 가스터빈을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 가스터빈 연소기의 연소챔버로 연료와 압축공기를 분사하는 복수개의 튜브로 이루어진 노즐군을 구비하는 노즐 어셈블리에 있어서, 연료와 압축공기를 분사하며 상기 노즐군의 중앙에 배치되는 중앙튜브; 상기 중앙튜브의 외측에 이격되어 배치되는 복수개의 외곽튜브 및 상기 중앙튜브와 상기 외곽튜브를 지지하는 지지플레이트를 포함하고, 상기 중앙튜브와 상기 복수개의 외곽튜브는 적어도 일부가 서로 상이한 직경을 가지는 노즐어셈블리를 제공한다.

또한, 본 발명은, 가스터빈의 압축기로부터 공급받은 압축공기를 연료와 혼합하여 연소시키며, 생성된 연소가스를 가스터빈의 터빈으로 공급하는 연소기에 있어서, 노즐케이싱; 상기 노즐케이싱의 상기 터빈 측 단부에 연결되며, 내부에 연료와 압축공기의 혼합물이 연소되는 연소챔버가 형성된 라이너; 상기 라이너의 상기 터빈 측 단부에 연결되며, 상기 연소챔버에서 발생된 연소가스를 상기 터빈으로 공급하는 트랜지션피스; 및 상기 노즐케이싱의 내부에 설치되며, 상기 연소챔버로 연료와 압축공기를 분사하는 복수개의 튜브로 이루어진 노즐군을 구비하는 노즐 어셈블리를 포함하며, 상기 노즐 어셈블리는, 연료와 압축공기를 분사하며 상기 노즐군의 중앙에 배치되는 중앙튜브; 상기 중앙튜브의 외측에 이격되어 배치되는 복수개의 외곽튜브 및 상기 중앙튜브와 상기 외곽튜브를 지지하는 지지플레이트를 포함하고, 상기 중앙튜브와 상기 복수개의 외곽튜브는 적어도 일부가 서로 상이한 직경을 가지는 연소기를 제공한다.

또한, 본 발명은, 외부로부터 유입된 공기를 압축시키는 압축기; 상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 연료와 혼합시켜 연소시키는 연소기; 및 상기 연소기로부터 공급받은 연소가스를 내부로 통과시켜 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 터빈을 포함하고, 상기 연소기는, 노즐케이싱; 상기 노즐케이싱의 상기 터빈 측 단부에 연결되며, 내부에 연료와 압축공기의 혼합물이 연소되는 연소챔버가 형성된 라이너; 상기 라이너의 상기 터빈 측 단부에 연결되며, 상기 연소챔버에서 발생된 연소가스를 상기 터빈으로 공급하는 트랜지션피스; 및 상기 노즐케이싱의 내부에 설치되며, 상기 연소챔버로 연료와 압축공기를 분사하는 복수개의 튜브로 이루어진 노즐군을 구비하는 노즐 어셈블리를 포함하며, 상기 노즐 어셈블리는, 연료와 압축공기를 분사하며 상기 노즐군의 중앙에 배치되는 중앙튜브; 상기 중앙튜브의 외측에 이격되어 배치되는 복수개의 외곽튜브 및 상기 중앙튜브와 상기 외곽튜브를 지지하는 지지플레이트를 포함하고, 상기 중앙튜브와 상기 복수개의 외곽튜브는 적어도 일부가 서로 상이한 직경을 가지는 가스터빈을 제공한다.

본 발명의 상기 복수개의 외곽튜브는 상기 중앙튜브의 중앙을 지나는 가상선을 기준으로 서로 비대칭으로 배치되며, 상기 가상선을 기준으로 분할된 영역 내의 상기 외곽튜브의 총합 면적은 서로 동일할 수 있다.

본 발명의 상기 복수개의 외곽튜브는, 상기 중앙튜브의 외주를 둘러싸도록 배치되며, 인접하는 외곽튜브간의 거리가 서로 상이하게 형성될 수 있다.

본 발명의 상기 외곽튜브와 그 외곽튜브의 일측에 인접하는 외곽튜브 사이의 거리는, 일측방향으로 갈수록 점점 증가할 수 있다.

본 발명의 상기 중앙튜브의 중심은 상기 노즐군의 중심을 기준으로 편심되어 배치되며, 상기 중앙튜브의 중심과 상기 복수개의 외곽튜브 사이의 각각의 거리는 적어도 일부가 서로 상이할 수 있다.

본 발명의 상기 노즐군은 복수개가 구비되고, 상기 노즐군과 이 노즐군의 인접하는 노즐군 사이에 형성되는 보조튜브를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 노즐어셈블리, 이를 이용한 연소기 및 가스터빈은, 연소실에 연료 및 공기를 공급하는 복수개의 튜브의 배치구조 및 상대 크기를 개선하여 진동을 저감시킬 수 있다.

또한, 연료 및 공기를 공급하는 복수개의 튜브 면적을 조절하여 연소실에 균일하게 연료 및 공기를 공급할 수 있도록 하여 연소특성을 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가스터빈을 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 연소기의 절개사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 노즐어셈블리의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 노즐군의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 노즐군의 정면도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 노즐군의 정면도이다.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 노즐군의 정면도이다.
도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 노즐군의 정면도이다.
도 9는 본 발명의 제6실시예에 따른 노즐어셈블리의 정면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1을 참조하면, 가스터빈(10)은 압축기(11), 연소기(100) 및 터빈(12)을 포함한다. 기체(압축공기 또는 연소가스)의 유동방향을 기준으로 하였을 때, 가스터빈(10)의 상류 측에는 압축기(11)가 배치되고 하류 측에는 터빈(12)이 배치된다. 그리고 압축기(11)와 터빈(12) 사이에는 연소기(100)가 배치된다.

압축기(11)는 압축기 케이싱 내부에 압축기 베인과 압축기 로터를 수용하며, 터빈(12)은 터빈 케이싱 내부에 터빈 베인과 터빈 로터를 수용한다. 이러한 압축기 베인과 압축기 로터는 압축공기의 유동방향을 따라 다단(Multi-stage)으로 배치되며, 터빈 베인과 터빈 로터 역시 연소가스의 유동방향을 따라 다단으로 배치된다. 이때, 압축기는 흡입된 공기가 압축될 수 있게 전단(Front-stage)에서 후단(Rear-stage) 측으로 갈수록 내부공간이 줄어들며, 반대로 터빈(12)은 연소기로부터 공급받은 연소가스가 팽창될 수 있게 전단에서 후단 측으로 갈수록 내부공간이 커지는 구조로 설계된다.

한편, 압축기(11)의 최후단부 측에 위치한 압축기 로터와, 터빈(12)의 최전단부 측에 위치한 터빈 로터 사이에는, 터빈(12)에서 발생된 회전토크를 상기 압축기(11)로 전달하는 토크 전달부재로서의 토크튜브가 배치된다. 상기 토크튜브는 도 1에 도시된 바와 같이 총 3개의 단으로 이루어지는 복수개의 토크튜브 디스크로 구성될 수 있으나, 이는 본 발명의 여러 실시예 중 하나에 불과하며, 상기 토크튜브는 4개 이상의 단 또는 2개 이하의 단으로 이루어지는 복수개의 토크튜브 디스크로 구성될 수도 있다.

상기 압축기 로터는, 압축기 디스크와 압축기 블레이드를 포함한다. 상기 압축기 케이싱의 내부에는 복수개(예를 들어 14매)의 압축기 디스크가 구비되고, 상기 각각의 압축기 디스크들은 타이로드에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결된다. 더욱 상세하게는, 상기 각각의 압축기 디스크는 중심부가 상기 타이로드에 의해 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬된다. 그리고 인접하는 각각의 압축기 디스크는 대향하는 면이 상기 타이로드에 의해 압착되어, 서로 상대적인 회전을 할 수 없도록 배치된다.

상기 압축기 디스크의 외주면에는 복수개의 압축기 블레이드가 방사상으로 결합된다. 또한, 상기 압축기 블레이드의 사이에는, 동일한 단(Stage)을 기준으로 하였을 때 상기 압축기 케이싱의 내주면에 환상으로 설치되는 복수개의 압축기 베인이 각각 배치된다. 상기 압축기 베인은 상기 압축기 디스크와는 달리 회전하지 않도록 고정된 상태를 유지하며, 압축기 블레이드를 통과한 압축공기의 흐름을 정렬하여 하류 측에 위치하는 압축기 블레이드로 압축공기를 안내하는 역할을 한다. 이때, 상기 압축기 케이싱과 압축기 베인은, 상기 압축기 로터와 구분하기 위하여, 압축기 스테이터라는 포괄적인 명칭으로 정의될 수 있다.

상기 압축기 스테이터는, 상기 압축기 케이싱과 압축기 베인 이외에 압축기 입구 스크롤 스트럿을 더 포함한다. 상기 압축기 입구 스크롤 스트럿은, 상기 압축기 케이싱의 전단에 연결되며, 외부 공기를 상기 압축기 케이싱의 입구로 가이드한다. 한편, 상기 압축기 베인 중, 가장 전단에 위치한 것을 인렛 가이드 베인이라고 한다. 상기 인렛 가이드 베인은, 상기 압축기 케이싱으로 유입되는 공기를 후단에 배치된 압축기 블레이드와 압축기 베인으로 가이드하는 역할을 한다.

상기 타이로드는 상기 복수개의 압축기 디스크와, 후술할 터빈 디스크의 중심부를 관통하도록 배치되며, 일 측 단부는 압축기(11)의 최전단부 측에 위치한 압축기 디스크 내에 체결되고, 타 측 단부는 고정 너트에 의해 체결된다.

상기 타이로드의 형태는 가스터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도 1에 제시된 형태로 한정될 것은 아니다. 즉, 도시된 바와 같이 하나의 타이로드가 압축기 디스크와 터빈 디스크의 중앙부를 관통하는 형태를 가질 수도 있고, 복수개의 타이로드가 원주상으로 배치되는 형태를 가질 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다.

도시되지는 않았으나, 가스터빈의 압축기에는 유체의 압력을 높이고 난 후 연소기 입구로 들어가는 유체의 유동각을 설계 유동각으로 맞추기 위하여 안내깃 역할을 하는 디스월러(Deswirler)가 설치될 수 있다.

상기 연소기(100)에서 나온 고온, 고압의 연소가스는 상술한 터빈(12)으로 공급된다. 터빈(12)으로 공급된 고온 고압의 연소가스는 터빈(12)의 내부를 통과하면서 팽창하게 되고, 그에 따라 후술할 터빈 블레이드에 충동 및 반동력을 가하여 회전토크가 발생되도록 한다. 이렇게 얻어진 회전토크는 상술한 토크튜브를 거쳐 압축기로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 부분은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.

상기 터빈(12)은 기본적으로는 압축기(11)의 구조와 유사하다. 즉, 상기 터빈(12)에도 압축기(11)의 압축기 로터와 유사한 복수개의 터빈 로터가 구비된다. 따라서 상기 터빈 로터 역시, 터빈 디스크와, 이로부터 방사상으로 배치되는 복수개의 터빈 블레이드를 포함한다. 상기 터빈 블레이드의 사이에도, 동일한 단을 기준으로 하였을 때 상기 터빈 케이싱에 환상으로 설치되는 복수개의 터빈 베인이 구비되며, 상기 터빈 베인은 터빈 블레이드를 통과한 연소가스의 유동방향을 가이드하게 된다. 이때, 상기 터빈 케이싱과 터빈 베인 역시, 상기 터빈 로터와 구분하기 위하여, 터빈 스테이터라는 포괄적인 명칭으로 정의될 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 연소기(100)는, 아우터캔(110), 아우터헤드(111), 이너캔(120), 이너헤드(121)를 포함한다. 상기 아우터캔(110)은, 속이 빈 원통 형상으로 형성되며, 외부로부터 연료가 유입된다. 상기 아우터헤드(111)는, 상기 아우터캔(110)의 전방에서 상기 아우터캔(110)을 덮는다. 상기 이너캔(120)은, 상기 아우터캔(110)의 내부에 배치되며, 속이 빈 원통 형상으로 형성된다. 그리고 상기 이너캔(120)과 아우터캔(110)의 사이로는 압축공기가 후방에서 전방으로 이동하며, 전방을 통해 연료와 압축공기가 내부로 주입된다. 그리고 상기 이너캔(120)의 내부로 주입된 연료와 압축공기의 혼합물이 연소됨에 따라 고온 고압의 화염 및 연소가스가 발생된다. 여기서, 상기 이너캔(120) 내부에서 연소가 이루어지는 공간을 연소챔버(112)라 한다. 상기 이너헤드(121)는, 상기 이너캔(120)의 전방에 설치되며, 공급받은 연료와 압축공기를 혼합하여 상기 이너캔(120)의 내부로 공급한다.

상기 이너헤드(121)는, 헤드플레이트(122) 및 복수개의 노즐어셈블리(123)를 포함한다. 상기 헤드플레이트(122)는, 상기 이너캔(120)의 전방을 덮는다. 상기 복수개의 노즐어셈블리(123)는, 상기 헤드플레이트(122)의 전방에 설치되며, 연료와 압축공기를 혼합시켜 후방으로 공급한다.

상기 노즐어셈블리(123)는, 상기 헤드플레이트(122)의 중심 부위에 1개의 노즐군이 배치되고, 상기 중심 부위의 노즐군을 반경방향 외측에서 나머지 복수개의 노즐군이 감싸는 구조로 설치된다.

도 3,4를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 노즐 어셈블리(1400)는, 복수개의 노즐군(1410)을 구비한다.

상기 노즐군(1410)은 연소실로 연료와 압축공기를 분사하는 중앙튜브(1411)와 외곽튜브(1412)로 이루어진다.

본 실시예는 연료와 압축공기가 혼합기에서 예혼합된 후, 상기 중앙튜브(1411) 및 외곽튜브(1412)를 통하여 연소실로 공급된다.

상기 중앙튜브(1411)는 상기 노즐군(1410)의 중앙에 배치되며, 상기 외곽튜브(1412)는 중앙튜브(1411)의 외측에 이격되어 배치된다.

상기 외곽튜브(1412)는 복수개가 형성되어 상기 중앙튜브(1411)를 감싸도록 배치될 수 있다. 상기 중앙튜브(1411)의 직경(D)과 상기 외곽튜브(1412)의 직경(d)은 서로 상이하게 형성된다.

종래의 노즐어셈블리는, 연료와 공기를 공급하는 튜브가 동일한 직경으로 형성되어 동일 형태로 연료와 공기가 공급됨으로써 연료의 연소에 따른 연소진동이 중첩되어 진동이 크게 발생하는 문제점이 있는데 반하여, 본 실시예의 중앙튜브와 복수개의 외곽튜브는 적어도 일부가 서로 직경이 상이하게 형성되므로, 공급되는 연료 및 공기의 공급형태가 상이하므로 연료의 연소에 따른 연소진동이 서로 상이하여 전체적인 진동을 감쇄시킬 수 있다.

상기 중앙튜브(1411)는 직경(D)이 외곽튜브(1412)의 직경(d)의 2~5배일수 있다. 상기 중앙튜브(1411)의 직경이 외곽튜브(1412)의 직경의 2배 미만일 경우, 중앙튜브(1411)와 외곽튜브(1412)의 직경차이가 크지 않아 연소진동의 진폭 및 위상이 유사하여 질 수 있다는 문제가 있다. 반면에 중앙튜브(1411)의 직경이 외곽튜브(1412) 직경의 5배 이상인 경우에는 중앙튜브(1411)에서 단면적이 지나치게 넓어져 중앙튜브(1411)로부터 분사되는 연료의 분사속도가 지나치게 감소하여, 연료의 연소로 인한 화염이 중앙튜브(1411)에 가깝게 형성될 수 있으며, 이에 의하여 중앙튜브(1411)가 손상될 수 있다는 문제가 있다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 노즐군(2410)의 정면도이다. 본 발명의 제2실시예에 따른 노즐군(2410)의 외곽튜브(2412)는 비대칭으로 형성된다.

상기 외곽튜브(2412)는 중앙튜브(2411)의 외측에 이격되어 형성되며, 상기 중앙튜브(2411)의 중앙을 가로지는 가상선(A)을 기준으로 서로 비대칭으로 배치된다.

가상선(A)의 양측 영역에 비대칭으로 배치된 외곽튜브(2412)를 통하여 공급되는 연료 및 압축공기는 각 영역에 상이한 형태로 공급됨으로써 연소진동이 중첩되는 것을 방지할 수 있다.

가상선에 의하여 분할된 영역 내의 외곽튜브의 총합 면적은 서로 동일하게 형성된다. 이에 따라 상기 분할된 영역 각각에 동일한 연료 및 공기가 공급되어 전체적으로 균일한 연료 및 공기를 공급하여 효율적인 연소가 가능하도록 한다.

도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 노즐군의 정면도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 노즐군(3410)은, 복수개의 외곽튜브(3412)를 구비하며, 상기 외곽튜브(3412)는 중앙튜브(3411)의 외주를 둘러싸도록 배치된다.

상기 복수개의 외곽튜브(3412)는 인접하는 외곽튜브 간의 거리가 상이하게 형성된다. 외곽튜브 사이의 거리가 서로 상이하면, 연소진동의 중첩이 줄어들게 되어 연소진동의 증폭을 감소시킬 수 있다.

바람직하게는 상기 외곽튜브와 인접한 외곽튜브 사이의 거리(d1,d2,d3,d4,d5,d6,d7)는 일측방향(도 6에서 시계방향)으로 갈수록 일정하게 증가하게 형성될 수 있다. 외곽튜브 사이의 거리가 일정하지 않은 경우에는 연료의 연소에 따른 화염의 분포 및 화염온도의 불확실성이 증가하여 연소기의 운행을 조절하기 어려울 수 있다. 본 실시예와 같이 일측 방향으로 갈수록 일정하게 또는 일정한 비율로 외곽튜브사이의 거리를 증가시키는 경우에는 화염의 분포 및 화염온도의 불확실성을 감소시킬 수 있다는 장점을 가진다.

도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 노즐군의 정면도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 노즐군(4410)은, 중앙튜브(4411) 및 복수개의 외곽튜브(4412)를 구비하되, 상기 중앙튜브(4411)의 중심(O₁)과 상기 노즐군의 중심(O₂)을 일치하지 않고 편심되어 형성된다.

상기 중앙튜브(4411)의 중심이 노즐군의 중심에서 편심되어 배치되므로, 중앙튜브(4411)와 외곽튜브(4412)에서 분사된 연료의 연소에 의하여 발생하는 연소진동의 위상이 서로 상이하게 되므로, 연소진동의 중첩에 의하여 진동이 증폭되는 것을 감소시킬 수 있다.

도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 노즐군의 정면도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 노즐군(5410)은, 중앙튜브(5411) 및 복수개의 외곽튜브(5412)를 구비하되, 상기 중앙튜브(5411)의 중심과 상기 복수개의 외곽튜브 사이의 거리(R1~R7)는 적어도 일부가 상이하게 형성된다.

중앙튜브(5411)와 복수개의 외곽튜브(5412) 사이의 거리가 서로 상이하게 형성되므로, 연료의 연소 위상이 서로 상이하게 형성되어 연소진동의 중첩에 의하여 진동이 증폭되는 것을 감소시킬 수 있다.

도 9는 본 발명의 제6실시예에 따른 노즐 어셈블리의 정면도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 제6실시예에 따른 노즐 어셈블리는 복수개의 노즐군(5410)을 구비하고, 상기 노즐군(5410)의 사이에 보조튜브(5413)를 더 형성한다.

상기 보조튜브(5413)는, 상기 노즐군(5410) 사이의 빈공간에 배치됨으로써 노즐어셈블리 전체적으로 균일하게 연료 및 압축공기를 공급할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 전정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100 : 가스터빈 110 : 압축기
120 : 터빈 1000 : 연소기
1100 : 노즐케이싱 1200 : 라이너
1210 : 연소챔버 1300 : 트랜지션피스
1400, 5400 : 노즐 어셈블리
1410 : 노즐군 1411 : 중앙튜브
1412 : 외곽튜브부 5413 : 보조튜브

Claims (20)

1. 가스터빈 연소기의 연소챔버로 연료와 압축공기를 분사하는 복수개의 튜브로 이루어진 노즐군을 구비하는 노즐 어셈블리에 있어서,
   연료와 압축공기를 분사하며 상기 노즐군의 중앙에 배치되는 중앙튜브; 및
   상기 중앙튜브의 외측에 이격되어 배치되는 복수개의 외곽튜브를 포함하고,
   상기 중앙튜브와 상기 복수개의 외곽튜브는 적어도 일부가 서로 상이한 직경을 가지는 노즐어셈블리.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수개의 외곽튜브는 상기 중앙튜브의 중앙을 지나는 가상선을 기준으로 서로 비대칭으로 배치되는 노즐어셈블리.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 가상선을 기준으로 분할된 영역 내의 상기 외곽튜브의 총합 면적은 서로 동일한 노즐어셈블리.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수개의 외곽튜브는, 상기 중앙튜브의 외주를 둘러싸도록 배치되며, 인접하는 외곽튜브간의 거리가 서로 상이하게 형성되는 노즐어셈블리
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 외곽튜브와 그 외곽튜브의 일측에 인접하는 외곽튜브 사이의 거리는, 일측방향으로 갈수록 점점 증가하는 노즐어셈블리.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 중앙튜브의 중심은 상기 노즐군의 중심을 기준으로 편심되어 배치되는 노즐어셈블리.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 중앙튜브의 중심과 상기 복수개의 외곽튜브 사이의 각각의 거리는 적어도 일부가 서로 상이한 노즐어셈블리.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 노즐군은 복수개가 구비되고,
   상기 노즐군과 이 노즐군의 인접하는 노즐군 사이에 형성되는 보조튜브를 더 포함하는 노즐어셈블리.
9. 가스터빈의 압축기로부터 공급받은 압축공기를 연료와 혼합하여 연소시키며, 생성된 연소가스를 가스터빈의 터빈으로 공급하는 연소기에 있어서,
   노즐케이싱;
   상기 노즐케이싱의 상기 터빈 측 단부에 연결되며, 내부에 연료와 압축공기의 혼합물이 연소되는 연소챔버가 형성된 라이너;
   상기 라이너의 상기 터빈 측 단부에 연결되며, 상기 연소챔버에서 발생된 연소가스를 상기 터빈으로 공급하는 트랜지션피스; 및
   상기 노즐케이싱의 내부에 설치되며, 상기 연소챔버로 연료와 압축공기를 분사하는 복수개의 튜브로 이루어진 노즐군을 구비하는 노즐 어셈블리를 포함하며,
   상기 노즐 어셈블리는,
   연료와 압축공기를 분사하며 상기 노즐군의 중앙에 배치되는 중앙튜브; 및
   상기 중앙튜브의 외측에 이격되어 배치되는 복수개의 외곽튜를 포함하고,
   상기 중앙튜브와 상기 복수개의 외곽튜브는 적어도 일부가 서로 상이한 직경을 가지는 연소기.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 복수개의 외곽튜브는 상기 중앙튜브의 중앙을 지나는 가상선을 기준으로 서로 비대칭으로 배치되는 연소기.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 가상선을 기준으로 분할된 영역 내의 상기 외곽튜브의 총합 면적은 서로 동일한 연소기.
12. 청구항 9에 있어서,
    상기 복수개의 외곽튜브는, 상기 중앙튜브의 외주를 둘러싸도록 배치되며, 인접하는 외곽튜브간의 거리가 서로 상이하게 형성되는 연소기
13. 청구항 9에 있어서,
    상기 외곽튜브와 그 외곽튜브의 일측에 인접하는 외곽튜브 사이의 거리는, 일측방향으로 갈수록 점점 증가하는 연소기.
14. 청구항 9에 있어서,
    상기 중앙튜브의 중심은 상기 노즐군의 중심을 기준으로 편심되어 배치되는 연소기.
15. 청구항 9에 있어서,
    상기 중앙튜브의 중심과 상기 복수개의 외곽튜브 사이의 각각의 거리는 적어도 일부가 서로 상이한 연소기.
16. 외부로부터 유입된 공기를 압축시키는 압축기;
    상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 연료와 혼합시켜 연소시키는 연소기; 및
    상기 연소기로부터 공급받은 연소가스를 내부로 통과시켜 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 터빈을 포함하고,
    상기 연소기는,
    노즐케이싱;
    상기 노즐케이싱의 상기 터빈 측 단부에 연결되며, 내부에 연료와 압축공기의 혼합물이 연소되는 연소챔버가 형성된 라이너;
    상기 라이너의 상기 터빈 측 단부에 연결되며, 상기 연소챔버에서 발생된 연소가스를 상기 터빈으로 공급하는 트랜지션피스; 및
    상기 노즐케이싱의 내부에 설치되며, 상기 연소챔버로 연료와 압축공기를 분사하는 복수개의 튜브로 이루어진 노즐군을 구비하는 노즐 어셈블리를 포함하며,
    상기 노즐 어셈블리는,
    연료와 압축공기를 분사하며 상기 노즐군의 중앙에 배치되는 중앙튜브; 및
    상기 중앙튜브의 외측에 이격되어 배치되는 복수개의 외곽튜브를 포함하고,
    상기 중앙튜브와 상기 복수개의 외곽튜브는 적어도 일부가 서로 상이한 직경을 가지는 가스터빈.
17. 청구항 16에 있어서,
    상기 복수개의 외곽튜브는 상기 중앙튜브의 중앙을 지나는 가상선을 기준으로 서로 비대칭으로 배치되는 가스터빈.
18. 청구항 17에 있어서,
    상기 가상선을 기준으로 분할된 영역 내의 상기 외곽튜브의 총합 면적은 서로 동일한 가스터빈.
19. 청구항 16에 있어서,
    상기 복수개의 외곽튜브는, 상기 중앙튜브의 외주를 둘러싸도록 배치되며, 인접하는 외곽튜브간의 거리가 서로 상이하게 형성되는 가스터빈.
20. 청구항 16에 있어서,
    상기 외곽튜브와 그 외곽튜브의 일측에 인접하는 외곽튜브 사이의 거리는, 일측방향으로 갈수록 점점 증가하는 가스터빈.

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