WO2015093685A1 - 가스터빈용 선회기 - Google Patents

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WO2015093685A1
WO2015093685A1 PCT/KR2014/002387 KR2014002387W WO2015093685A1 WO 2015093685 A1 WO2015093685 A1 WO 2015093685A1 KR 2014002387 W KR2014002387 W KR 2014002387W WO 2015093685 A1 WO2015093685 A1 WO 2015093685A1
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WO
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fuel
support plate
guide
support shaft
fluid
Prior art date
Application number
PCT/KR2014/002387
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
양시원
정승채
김신현
Original Assignee
삼성테크윈 주식회사
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04—Air inlet arrangements
    • F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
    • F23R3/12—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex
    • F23R3/14—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex by using swirl vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/286—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/07001—Air swirling vanes incorporating fuel injectors

Definitions

  • the present invention relates to a swing for gas turbines.
  • a gas turbine is a heat engine that operates a turbine with high-temperature, high-pressure combustion gas, and is generally composed of a compressor, a combustor, and a turbine. Compressors are used to compress the air, and then the fuel is dispersed and combusted in the combustor, and high-temperature, high-pressure air is expanded in the turbine to produce power.
  • the area where the flame is not swept away and fixed in the combustor is called the central recirculation zone (CRZ). It is important to maintain the proper recirculation zone (CRZ) along the flow in order to keep combustion in the combustor and to promote the mixing of fuel and oxidant.
  • CRZ central recirculation zone
  • a swirl In order to maintain the recirculation zone, a swirl should be applied to the flow.
  • a nozzle that generates a rotating component is called a swirler, and is divided into an axial swirler, a radial swirler, a tangential swirler, and a cone swirler according to a designed shape.
  • a general motor assembly as described above is specifically disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 1999-0063275 (name of the invention: a swirler for a combustion chamber of a gas turbine engine and a method of forming the same).
  • Embodiments of the present invention seek to provide a swirler for a gas turbine that increases combustion efficiency.
  • the support plate having an injection portion for injection of fuel supplied from the outside, the support shaft connected to the support plate, the support plate and the support shaft is connected to the side of the support plate
  • a guide part which mixes an incident fluid and the fuel injected from the injection part to guide in at least one of a first direction, which is a longitudinal direction of the support shaft, and a second direction, which is a direction of turning the support shaft, and the support plate; It is disposed spaced apart from the, may provide a turner for a gas turbine including a cover housing coupled with the guide portion to form a flow path of the fluid with the guide portion.
  • Embodiments of the present invention can increase combustion efficiency by increasing the internal recycle flow rate.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a part of a combustor equipped with a gas turbine swirler according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a swirler for the gas turbine shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a part of the swirler for the gas turbine shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG. 1.
  • the support plate having an injection portion for injection of fuel supplied from the outside, the support shaft connected to the support plate, the support plate and the support shaft is connected to the side of the support plate
  • a guide part which mixes an incident fluid and the fuel injected from the injection part to guide in at least one of a first direction, which is a longitudinal direction of the support shaft, and a second direction, which is a direction of turning the support shaft, and the support plate; It is disposed spaced apart from the, may provide a turner for a gas turbine including a cover housing coupled with the guide portion to form a flow path of the fluid with the guide portion.
  • the guide portion may be installed on the support shaft to form a spiral in the longitudinal direction of the support shaft.
  • the support plate and the support shaft may be vertically connected.
  • a plurality of guide parts may be provided, and the plurality of guide parts may be disposed to be spaced apart from each other by a predetermined interval to form an injection part through which the fluid is introduced and a discharge part through which the fluid guided between the plurality of guide parts is discharged.
  • it may further include a fuel homogenization unit connected to the rear surface of the support plate to uniformly guide the fuel supplied from the outside to the injection unit.
  • the injection unit may inject the fuel in the movement direction of the fluid guided by the guide unit.
  • the injection unit may inject the fuel in the movement direction of the fluid guided by the guide unit.
  • it may further include a protrusion formed to protrude from the support plate.
  • the protrusion may be formed with a hole for injecting fuel.
  • the guide portion and the protrusion may be provided in plural, and each of the protrusions may be installed between two adjacent guide portions of the plurality of guide portions.
  • a fuel homogenizer for temporarily storing fuel supplied from the outside and equalizing the concentration of the fuel is provided to be connected to the fuel homogenizer and is connected to the fuel homogenizer.
  • a support plate having a injection hole for supplying fuel in a first direction that is a longitudinal direction of the support shaft, a support shaft connected to the support plate, connected to the support plate and the support shaft, and incident to the side of the support plate
  • the fuel homogenizing unit is formed so that one side is opened, the space is formed inside, the storage case for temporarily storing the fuel supplied from the outside, and is installed in the open portion of the storage case, the external fuel is
  • the cover plate may be provided with an injection hole to be injected.
  • the injection unit may inject the fuel in the movement direction of the fluid guided by the guide unit.
  • it may further include a protrusion formed to protrude from the support plate.
  • the protrusion may be formed with a hole for injecting fuel.
  • the guide portion and the protrusion may be provided in plural, and each of the protrusions may be installed between two adjacent guide portions of the plurality of guide portions.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a part of a combustor equipped with a gas turbine swirler according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a swirler for the gas turbine shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a part of the swirler for the gas turbine shown in FIG. 2.
  • the combustor 10 may include a housing (not shown) forming an appearance.
  • the combustor 10 may be installed inside the housing, and may include a case 2 forming an inner surface of the housing and a flow path.
  • the gas turbine swinger 100 may be installed to be connected to the case (2).
  • the case 2 as described above may have a space formed therein so that the fluid discharged from the gas turbine swirler 100 may move.
  • the combustor 10 formed as described above may be connected to a compressor (not shown) that receives a compressed fluid from the outside.
  • the gas turbine swirler 100 may include a support plate 110 installed in the combustor 10.
  • the support plate 110 may be formed in a plate shape to prevent the fluid from escaping to the rear surface of the support plate 110.
  • the support plate 110 as described above may include an injection unit 140 for injecting fuel supplied from the outside.
  • the injection unit 140 may be formed in various ways.
  • the injection unit 140 may include an injection hole 141 formed to penetrate the support plate 110.
  • the injection unit 140 is connected to the support plate 110, may be provided with a protrusion 142 is connected to the cover housing 150 to be described later and injecting fuel between the guide portion 120 to be described later.
  • a plurality of holes may be formed in the protrusion 142 to inject the fuel in the flow direction of the fluid moving along the guide unit 120, such as the injection hole 141.
  • the injection unit 140 as described above may include at least one of the injection hole 141 and the protrusion 142. However, hereinafter, the injection unit 140 will be described in detail with reference to a case in which both the injection hole 141 and the protrusion 142 are provided for convenience of description.
  • the injection hole 141 may be formed to penetrate the support plate 110 in an annular shape similar to the outer circumferential surface of the support plate 110.
  • the protrusion 142 may be connected to the support plate 110 in an annular shape similar to the injection hole 141, and a plurality of protrusions 142 may be provided to connect the support plate 110 and the cover housing 150 to be described later. Can be.
  • Holes may be formed in the plurality of protrusions 142 as described above. At this time, the hole formed in the protrusion 142 may be formed to inject fuel into the space between the guide portion 120.
  • the gas turbine pivoter 100 may include a support shaft 130 installed to be connected to the support plate 110.
  • the support shaft 130 may be installed to penetrate the support plate 110 and may be fixed to the combustor 10 to be described later.
  • the support shaft 130 may be installed to form a predetermined angle with one surface of the support plate 110.
  • the support shaft 130 may be installed perpendicular to one surface of the support plate 110.
  • the support shaft 130 as described above may be formed integrally with the support plate 110, it may be formed separately and coupled to each other.
  • the support shaft 130 and the support plate 110 will be described in detail with reference to the case where the support plate 110 is integrally formed.
  • the gas turbine turner 100 is formed in the support plate 110 and the support shaft 130 and the fluid incident on the side of the support plate 110 in the first direction and the longitudinal direction of the support shaft 130 and It may include a guide portion 120 for guiding in at least one direction of the second direction that is the direction to rotate the support shaft 130.
  • the guide unit 120 as described above may be provided in plurality.
  • the plurality of guide parts 120 may include a first guide part 121 and a second guide part 122.
  • the first guide part 121 and the second guide part 122 may be alternately installed, and the injection part 123 into which fluid is injected by the first guide part 121 and the second guide part 122.
  • the width of the injection unit 123 and the width of the discharge unit 124 may be formed different from each other.
  • the width of the injection part 123 may be smaller than the width of the discharge part 124.
  • the distance between the first guide part 121 and the second guide part 122 may be formed to be smaller toward the discharge part 124 from the injection part 123. Therefore, the fluid incident to the injection unit 123 may be discharged to the discharge unit 124 by increasing the speed.
  • the first guide portion 121 and the second guide portion 122 may be formed in the same or similar to each other.
  • the first guide part 121 will be described in detail.
  • the first guide part 121 may form a spiral in the longitudinal direction of the support shaft 130.
  • the first guide portion 121 may be formed so that a portion thereof is connected to the support plate 110, and the other portion rotates along the outer circumferential surface of the support shaft 130 in the longitudinal direction of the support shaft 130. Can be formed.
  • a part of the first guide portion 121 formed on the support plate 110 may be formed perpendicular to the outer surface of the support plate 110.
  • the gas turbine swinger 100 may include a cover housing 150 formed to cover the upper surface of the guide portion 120.
  • the cover housing 150 may prevent the fluid from flowing out by covering the upper surfaces of the flow paths formed by the first guide portion 121 and the second guide portion 122.
  • the cover housing 150 as described above may or may not be installed according to an embodiment of the present invention. At this time, for the convenience of description, the following description will focus on the case in which the cover housing 150 is installed.
  • the gas turbine swirler 100 may include a fuel homogenizer 160 installed on the rear surface of the support plate 110.
  • the fuel homogenizer 160 may temporarily store the fuel supplied from the outside and supply the fuel to the injection unit 140 at a constant pressure.
  • the fuel homogenizer 160 as described above may include a cover plate 161 having an injection hole 161a into which fuel is injected.
  • the fuel homogenizer 160 may have a space formed therein and may include a storage case 162 for temporarily storing fuel.
  • the gas turbine swinger 100 may include an igniter 170 installed on the support shaft 130.
  • the igniter 170 may include all devices and structures capable of applying energy to the flowing fuel.
  • the igniter 170 may generally be the same as or similar to the igniter used in the gas turbine, and thus a detailed description thereof will be omitted.
  • the gas turbine swirler 100 may be manufactured in various ways.
  • the gas turbine swirler 100 may be manufactured through forging, and may be manufactured through a mold.
  • the gas turbine swirler 100 may be manufactured through cutting.
  • the gas turbine swirler 100 may be formed of various materials.
  • the gas turbine swirler 100 may be formed of a metal material, and in particular, the gas turbine swirler 100 may be formed of a metal material having heat resistance and corrosion resistance.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG. 1.
  • the compressed air in the compressor is supplied to the gas turbine swirler 100 along the flow path formed by the case 2 and the housing as described above. Can be.
  • the fluid When the fluid is supplied to the gas turbine swirler 100 as described above, the fluid may flow into the injection part 123 to move between the first guide part 121 and the second guide part 122. At this time, the fluid may be faster as described above.
  • the cover housing 150 may form a flow path together with the first guide part 120, the second guide part 120, and the support shaft 130 to guide the fluid and the fuel while turning.
  • the fluid and fuel moving as described above may be discharged into the case 2 from the gas turbine swirler 100 through the discharge unit 124.
  • the fluid and the fuel may rotate while moving along the surfaces of the first guide portion 121 and the second guide portion 122.
  • a portion of the fluid and the fuel may be injected in the longitudinal direction of the support shaft 130 while passing in a straight line between the first guide portion 121 and the second guide portion 122.
  • the igniter 170 may operate to burn the fuel.
  • the fuel may react with the fluid to combust, generate combustion gas and flame, and may be injected into the case 2.
  • the component pivoting the support shaft 130 around the support shaft 130 increases the recycle flow rate to increase the combustion efficiency due to the reduction of unburned gas and ensure flame stability Do it.
  • the combustion gas stays in the case 2 for a long time after the fuel is burned, which may cause incomplete combustion.
  • the gas turbine swirler 100 may also provide a fluid and fuel flow in the first direction, that is, in the longitudinal direction of the support shaft 130, to quickly discharge the combustion gas generated after combustion. have.
  • the gas turbine swirler 100 may increase the recycle flow rate inside the combustor 10 to increase combustion efficiency and ensure flame stability, and contaminants may be generated by simultaneously forming a longitudinal flow of the support shaft 130. Can be prevented.
  • the gas turbine turner 100 borrows a simple structure and thus can be manufactured easily, thereby reducing manufacturing cost and speeding repair and replacement.
  • a gas turbine swinger having increased combustion efficiency may be applied to a gas turbine including a combustor and a compressor, an industrial turbo engine, and the like.

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Abstract

본 발명은 가스터빈용 선회기를 개시한다. 본 발명은, 외부로부터 공급되는 연료가 분사되는 분사부를 구비하는 지지플레이트와, 상기 지지플레이트와 연결되는 지지축과, 상기 지지플레이트와 상기 지지축과 연결되며, 상기 지지플레이트의 측면으로 입사하는 유체와 상기 분사부에서 분사되는 상기 연료를 혼합하여 상기 지지축의 길이 방향인 제 1 방향 및 상기 지지축을 선회하는 방향인 제 2 방향 중 적어도 하나의 방향으로 가이드하는 가이드부와, 상기 지지플레이트로부터 이격되어 배치되며, 상기 가이드부와 결합하여 상기 가이드부와 함께 상기 유체의 이동유로를 형성하는 커버하우징을 포함한다.

Description

가스터빈용 선회기
본 발명은 가스터빈용 선회기에 관한 것이다.
가스터빈은 고온고압의 연소가스로 터빈을 가동시키는 열기관으로 일반적으로 압축기, 연소기, 터빈으로 구성된다. 압축기를 이용해서 공기를 압축시킨 후 연소기에서 연료를 분산해서 연소하고, 고온 고압의 공기가 터빈에서 팽창하면서 동력을 생산한다.
연소기에서 화염이 휩쓸려가지 않고 적절한 위치에 고정되는 영역을 재순환 영역(Central recirculation zone, CRZ)이라고 한다. 연소기에서 연소가 지속적으로 유지하고, 연료와 산화제의 혼합을 촉진하기 위해서는 유동에 따른 적절한 재순환영역(CRZ)를 유지하는 것이 중요하다.
재순환영역을 유지하기 위해서는 유동에 회전 성분(Swirl)을 부여하여야 한다. 일반적으로 회전 성분(Swirl)을 발생시키는 노즐을 스월러(선회기,　Swirler)라 하고, 설계된 형상에 따라 Axial swirler, Radial swirler, Tangential swirler, Cone swirler 등으로 나누어 진다.
각 스월러가 설계된 형상에 따라서 회전 강도가 결정되게 되므로, 엔진 작동 환경 및 운전조건에 따라 회전강도를 제어할 수 없다.
상기와 같이 일반적인 모터 어셈블리는 한국공개특허 제1999-0063275호(발명의 명칭 : 가스터빈 엔진의 연소실용 스월러 및 그 성형 방법)에 구체적으로 개시되어 있다.
본 발명의 실시예들은 연소효율을 증대시키는 가스터빈용 선회기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면은, 외부로부터 공급되는 연료가 분사되는 분사부를 구비하는 지지플레이트와, 상기 지지플레이트와 연결되는 지지축과, 상기 지지플레이트와 상기 지지축과 연결되며, 상기 지지플레이트의 측면으로 입사하는 유체와 상기 분사부에서 분사되는 상기 연료를 혼합하여 상기 지지축의 길이 방향인 제 1 방향 및 상기 지지축을 선회하는 방향인 제 2 방향 중 적어도 하나의 방향으로 가이드하는 가이드부와, 상기 지지플레이트로부터 이격되어 배치되며, 상기 가이드부와 결합하여 상기 가이드부와 함께 상기 유체의 이동유로를 형성하는 커버하우징을 포함하는 가스터빈용 선회기를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 내부 재순환 유량을 증대시킴으로써 연소효율을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈용 선회기가 설치된 연소기의 일부를 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 가스터빈용 선회기를 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 가스터빈용 선회기의 일부를 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 취한 단면도이다.
본 발명의 일 측면은, 외부로부터 공급되는 연료가 분사되는 분사부를 구비하는 지지플레이트와, 상기 지지플레이트와 연결되는 지지축과, 상기 지지플레이트와 상기 지지축과 연결되며, 상기 지지플레이트의 측면으로 입사하는 유체와 상기 분사부에서 분사되는 상기 연료를 혼합하여 상기 지지축의 길이 방향인 제 1 방향 및 상기 지지축을 선회하는 방향인 제 2 방향 중 적어도 하나의 방향으로 가이드하는 가이드부와, 상기 지지플레이트로부터 이격되어 배치되며, 상기 가이드부와 결합하여 상기 가이드부와 함께 상기 유체의 이동유로를 형성하는 커버하우징을 포함하는 가스터빈용 선회기를 제공할 수 있다.
또한, 상기 가이드부는 상기 지지축의 길이방향으로 나선형을 형성하도록 상기 지지축에 설치될 수 있다.
또한, 상기 지지플레이트와 상기 지지축은 수직하게 연결될 수 있다.
또한, 상기 가이드부는 복수개 구비되며, 상기 복수개의 가이드부는 서로 일정 간격 이격되도록 배치되어 상기 유체가 유입되는 주입부와 상기 복수개의 가이드부 사이로 안내된 상기 유체가 토출되는 토출부를 형성할 수 있다.
또한, 상기 지지플레이트의 후면에 연결되어 외부로부터 공급되는 상기 연료를 상기 분사부로 균일하게 안내하는 연료균일화부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 분사부는 상기 가이드부가 안내하는 상기 유체의 이동방향으로 상기 연료를 분사할 수 있다.
또한, 상기 분사부는 상기 가이드부가 안내하는 상기 유체의 이동방향으로 상기 연료를 분사할 수 있다.
또한, 상기 지지플레이트로부터 돌출되어 형성되는 돌출부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 돌출부에는 연료를 분사하는 홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 가이드부 및 상기 돌출부는 각각 복수개 구비되며, 상기 각 돌출부는 상기 복수개의 가이드부 중 인접하는 2개의 가이드부 사이에 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 외부로부터 공급되는 연료를 일시적으로 저장하고, 상기 연료의 농도를 균일화시키는 연료균일화부와, 상기 연료균일화부와 연결되도록 설치되며, 상기 연료균일화부와 연결되도록 형성되어 상기 지지축의 길이 방향인 제 1 방향으로 연료를 공급하는 분사홀이 형성된 지지플레이트와, 상기 지지플레이트와 연결되는 지지축과, 상기 지지플레이트와 상기 지지축과 연결되며, 상기 지지플레이트의 측면으로 입사하는 유체와 상기 분사홀에서 분사되는 상기 연료를 혼합하여 상기 제 1 방향 및 상기 지지축을 선회하는 방향인 제 2 방향 중 적어도 하나의 방향으로 가이드하는 가이드부와, 상기 지지플레이트로부터 이격되어 배치되며, 상기 가이드부와 결합하여 상기 가이드부와 함께 상기 유체의 이동유로를 형성하는 커버하우징을 포함하는 가스터빈용 선회기를 제공할 수 있다.
또한, 상기 연료균일화부는, 일측이 개구되도록 형성되고, 내부에 공간이 형성되며, 외부로부터 공급되는 연료를 일시적으로 저장하는 저장케이스와, 상기 저장케이스의 개구된 부분에 설치되며, 외부의 연료가 주입되는 주입홀이 형성된 커버플레이트를 구비할 수 있다.
또한, 상기 분사부는 상기 가이드부가 안내하는 상기 유체의 이동방향으로 상기 연료를 분사할 수 있다.
또한, 상기 지지플레이트로부터 돌출되어 형성되는 돌출부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 돌출부에는 연료를 분사하는 홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 가이드부 및 상기 돌출부는 각각 복수개 구비되며, 상기 각 돌출부는 상기 복수개의 가이드부 중 인접하는 2개의 가이드부 사이에 설치될 수 있다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈용 선회기가 설치된 연소기의 일부를 보여주는 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 가스터빈용 선회기를 보여주는 사시도이다. 도 3은 도 2에 도시된 가스터빈용 선회기의 일부를 보여주는 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 연소기(10)는 외관을 형성하는 하우징(미도시)을 포함할 수 있다. 또한, 연소기(10)는 상기 하우징 내부에 설치되며, 상기 하우징 내면과 유로를 형성하는 케이스(2)를 포함할 수 있다. 이때, 가스터빈용 선회기(100)는 케이스(2)와 연결되도록 설치될 수 있다. 상기와 같은 케이스(2)는 내부에 공간이 형성되어 가스터빈용 선회기(100)에서 토출된 유체가 이동할 수 있다. 상기와 같이 형성되는 연소기(10)는 외부로부터 압축된 유체를 공급받는 압축기(미도시)와 연결될 수 있다.
가스터빈용 선회기(100)는 연소기(10)에 설치되는 지지플레이트(110)를 포함할 수 있다. 이때, 지지플레이트(110)는 판 형태로 형성되어 유체가 지지플레이트(110)의 후면으로 빠져나가는 것을 방지할 수 있다.
상기와 같은 지지플레이트(110)는 외부로부터 공급되는 연료를 분사하는 분사부(140)를 구비할 수 있다. 이때, 분사부(140)는 다양하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 분사부(140)는 지지플레이트(110)를 관통하도록 형성되는 분사홀(141)을 구비할 수 있다. 또한, 분사부(140)는 지지플레이트(110)에 연결되며, 후술할 커버하우징(150)과 연결되며 후술할 가이드부(120) 사이로 연료를 분사하는 돌출부(142)를 구비할 수 있다. 이때, 돌출부(142)에는 다수개의 홀이 형성되어 분사홀(141)과 같이 연료를 가이드부(120)를 따라 이동하는 유체의 흐름 방향으로 연료를 분사할 수 있다.
상기와 같은 분사부(140)는 분사홀(141) 및 돌출부(142) 중 적어도 하나를 구비할 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 분사부(140)가 분사홀(141) 및 돌출부(142)를 모두 구비하는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
한편, 분사홀(141)은 지지플레이트(110)의 외주면과 유사하게 환형으로 지지플레이트(110)를 관통하도록 형성될 수 있다. 또한, 돌출부(142)는 분사홀(141)과 유사하게 환형으로 지지플레이트(110)에 연결될 수 있으며, 돌출부(142)는 복수개 구비되어 지지플레이트(110)와 후술할 커버하우징(150)을 연결할 수 있다.
상기와 같은 복수개의 돌출부(142)에는 홀이 형성될 수 있다. 이때, 돌출부(142)에 형성되는 홀은 가이드부(120) 사이의 공간으로 연료를 분사하도록 형성될 수 있다.
가스터빈용 선회기(100)는 지지플레이트(110)에 연결되도록 설치되는 지지축(130)을 포함할 수 있다. 이때, 지지축(130)은 지지플레이트(110)를 관통하도록 설치되어 후술할 연소기(10)에 고정될 수 있다. 또한, 지지축(130)은 지지플레이트(110)의 일면과 일정 각도를 형성하도록 설치될 수 있다. 특히 지지축(130)은 지지플레이트(110)의 일면에 수직하게 설치될 수 있다. 상기와 같은 지지축(130)은 지지플레이트(110)와 일체로 형성될 수 있으며, 별도로 형성되어 서로 결합하는 것도 가능하다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 지지축(130)과 지지플레이트(110)가 일체로 형성되는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
한편, 가스터빈용 선회기(100)는 지지플레이트(110)와 지지축(130)에 형성되어 지지플레이트(110)의 측면으로 입사하는 유체를 지지축(130)의 길이 방향인 제 1 방향 및 지지축(130)을 선회하는 방향인 제 2 방향 중 적어도 하나의 방향으로 가이드하는 가이드부(120)를 포함할 수 있다.
상기와 같은 가이드부(120)는 복수개 구비될 수 있다. 이때, 복수개의 가이드부(120)는 제 1 가이드부(121)와 제 2 가이드부(122)를 구비할 수 있다. 특히 제 1 가이드부(121)와 제 2 가이드부(122)는 서로 교번하여 설치될 수 있으며, 제 1 가이드부(121)와 제 2 가이드부(122)에 의하여 유체가 주입되는 주입부(123)와 유체가 토출되는 토출부(124)를 형성할 수 있다.
이때, 주입부(123)의 폭과 토출부(124)의 폭은 서로 상이하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 주입부(123)의 폭은 토출부(124)의 폭보다 작게 형성될 수 있다. 뿐만 아니라 제 1 가이드부(121)와 제 2 가이드부(122) 사이의 간격은 주입부(123)로부터 토출부(124) 측으로 갈수록 작아지도록 형성할 수 있다. 따라서 주입부(123)로 입사한 유체는 속도가 증가하여 토출부(124) 측으로 토출될 수 있다.
상기와 같은 제 1 가이드부(121)와 제 2 가이드부(122)는 서로 동일 또는 유사하게 형성될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 제 1 가이드부(121)를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
제 1 가이드부(121)는 지지축(130)의 길이 방향으로 나선형을 형성할 수 있다. 예를 들면, 제 1 가이드부(121)는 지지플레이트(110)에 일부분이 연결되도록 형성될 수 있으며, 다른 부분은 지지축(130)의 길이 방향으로 지지축(130)의 외주면을 따라 회전하도록 형성될 수 있다. 이때, 지지플레이트(110)에 형성되는 제 1 가이드부(121)의 일부분은 지지플레이트(110)의 외면에 수직하게 형성될 수 있다.
한편, 가스터빈용 선회기(100)는 가이드부(120)의 상면을 덮도록 형성되는 커버하우징(150)을 포함할 수 있다. 이때, 커버하우징(150)은 제 1 가이드부(121)와 제 2 가이드부(122)가 형성하는 유로의 상면을 덮음으로써 외부로 유체가 유출되는 것을 방지할 수 있다.
상기와 같은 커버하우징(150)은 본 발명의 실시예에 따라서 설치될 수도 있고 설치되지 않을 수 있다. 이때, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 커버하우징(150)이 설치되는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
가스터빈용 선회기(100)는 지지플레이트(110)의 후면에 설치되는 연료균일화부(160)를 포함할 수 있다. 이때, 연료균일화부(160)는 외부로부터 공급되는 연료를 일시적으로 저장한 후 일정한 압력으로 분사부(140)로 공급할 수 있다.
상기와 같은 연료균일화부(160)는 연료가 주입되는 주입홀(161a)이 형성된 커버플레이트(161)를 구비할 수 있다. 또한, 연료균일화부(160)는 내부에 공간이 형성되며, 연료를 일시적으로 저장하는 저장케이스(162)를 구비할 수 있다.
가스터빈용 선회기(100)는 지지축(130)에 설치되는 점화기(170)를 구비할 수 있다. 이때, 점화기(170)는 유동하는 연료에 에너지를 가할 수 있는 모든 장치 및 구조를 포함할 수 있다. 특히 점화기(170)는 일반적으로 가스터빈에서 사용되는 점화기와 동일 또는 유사할 수 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 상기와 같은 가스터빈용 선회기(100)는 다양한 방법으로 제작될 수 있다. 예를 들면, 가스터빈용 선회기(100)는 단조를 통하여 제작될 수 있으며, 금형을 통하여 제작될 수 있다. 뿐만 아니라 가스터빈용 선회기(100)는 절삭 가공을 통하여 제작될 수 있다.
또한, 가스터빈용 선회기(100)는 다양한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 가스터빈용 선회기(100)는 금속 재질로 형성될 수 있으며, 특히 가스터빈용 선회기(100)는 내열성, 내부식성을 갖는 금속 재질로 형성될 수 있다.
도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 취한 단면도이다.
도 4를 참고하면, 연소기(1)가 작동하는 경우, 상기 압축기에서 압축된 공기는 상기에서 설명한 바와 같이 케이스(2)와 상기 하우징이 형성하는 유로를 따라서 가스터빈용 선회기(100)로 공급될 수 있다.
상기와 같이 가스터빈용 선회기(100)로 유체가 공급되면, 유체는 주입부(123)로 유입되어 제 1 가이드부(121)와 제 2 가이드부(122) 사이를 이동할 수 있다. 이때, 유체는 상기에서 설명한 바와 같이 속도가 빨라질 수 있다.
상기와 같이 유체가 유입되는 경우 분사홀(141)과 돌출부(142)에서 분사되는 연료가 유체와 혼합하여 제 1 가이드부(120)와 제 2 가이드부(120) 사이를 통하여 토출부(124)로 이동할 수 있다. 이때, 커버하우징(150)은 제 1 가이드부(120), 제 2 가이드부(120), 지지축(130)과 함께 유로를 형성하여 유체 및 연료를 선회시키면서 가이드할 수 있다.
상기와 같이 이동하는 유체 및 연료는 토출부(124)를 통하여 가스터빈용 선회기(100)로부터 케이스(2) 내부로 토출될 수 있다. 이때, 유체 및 연료는 제 1 가이드부(121)와 제 2 가이드부(122)의 표면 등을 따라서 이동하면서 선회 운동할 수 있다. 또한, 유체 및 연료의 일부는 제 1 가이드부(121)와 제 2 가이드부(122) 사이를 직선으로 통과하면서 지지축(130)의 길이 방향으로 분사될 수 있다.
한편, 상기와 같이 유체 및 연료가 이동하여 토출부(124)를 통하여 케이스(2) 내부에 분사될 때, 점화기(170)가 작동하여 연료를 연소시킬 수 있다. 이때, 연료는 유체와 반응하여 연소하고, 연소가스 및 화염을 생성하여 케이스(2)로 분사될 수 있다.
이때, 상기와 같이 제 1 방향 및 제 2 방향으로 운동하는 유체 및 연료의 경우 케이스(2) 내부에서 연소가스 및 화염의 재순환을 생성시킬 수 있다. 특히 가스터빈용 선회기(100)에서 도 3에 도시된 것과 같이 회전 운동과 순환 운동을 함으로써 연료와 유체의 혼합을 원활히 하고 연소에 필요한 유체의 양을 풍부하게 할 수 있다.
한편, 상기와 같이 유체 및 연료가 유동하는 경우 지지축(130)을 중심으로 지지축(130)을 선회 운동하는 성분은 재순환 유량을 증대시켜 미연가스 감소로 인한 연소효율을 증대시키고 화염안정성을 확보할 수 있도록 한다. 그러나 상기와 같이 유체가 지지축(130)을 선회 운동하는 양이 너무 많은 경우에는 연료가 연소된 후 연소가스가 케이스(2) 내부에 오래 체류함으로써 불완전 연소의 원인이 될 수 있다.
이때, 가스터빈용 선회기(100)는 상기에서 설명한 바와 같이 제 1 방향, 즉 지지축(130)의 길이 방향의 유체 및 연료 유동도 함께 제공함으로써 연소 후 발생하는 연소가스를 신속하게 배출시킬 수 있다.
따라서 가스터빈용 선회기(100)는 연소기(10) 내부의 재순환 유량을 증대시켜 연소효율 증대 및 화염안정성을 확보할 수 있으며, 지지축(130)의 길이 방향의 유동을 동시에 형성함으로써 오염물이 생성되는 것을 방지할 수 있다.
뿐만 아니라 가스터빈용 선회기(100)는 단순한 구조를 차용하여 제작이 간편함으로써 제조 비용을 저감시키고 수리 및 교체를 신속하게 할 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 연소효율이 증대된 가스터빈용 선회기에 관한 것으로서, 연소기 및 압축기를 구비하는 가스터빈, 산업용 터보 엔진 등에 본 발명의 실시예들을 적용할 수 있다.

Claims (16)

  1. 외부로부터 공급되는 연료가 분사되는 분사부를 구비하는 지지플레이트;
    상기 지지플레이트와 연결되는 지지축;
    상기 지지플레이트와 상기 지지축과 연결되며, 상기 지지플레이트의 측면으로 입사하는 유체와 상기 분사부에서 분사되는 상기 연료를 혼합하여 상기 지지축의 길이 방향인 제 1 방향 및 상기 지지축을 선회하는 방향인 제 2 방향 중 적어도 하나의 방향으로 가이드하는 가이드부; 및
    상기 지지플레이트로부터 이격되어 배치되며, 상기 가이드부와 결합하여 상기 가이드부와 함께 상기 유체의 이동유로를 형성하는 커버하우징;을 포함하는 가스터빈용 선회기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이드부는 상기 지지축의 길이방향으로 나선형을 형성하도록 상기 지지축에 설치되는 가스터빈용 선회기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지플레이트와 상기 지지축은 수직하게 연결되는 가스터빈용 선회기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이드부는 복수개 구비되며,
    상기 복수개의 가이드부는 서로 일정 간격 이격되도록 배치되어 상기 유체가 유입되는 주입부와 상기 복수개의 가이드부 사이로 안내된 상기 유체가 토출되는 토출부를 형성하는 가스터빈용 선회기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지플레이트의 후면에 연결되어 외부로부터 공급되는 상기 연료를 상기 분사부로 균일하게 안내하는 연료균일화부;를 더 포함하는 가스터빈용 선회기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 연료균일화부는,
    일측이 개구되도록 형성되고, 내부에 공간이 형성되며, 외부로부터 공급되는 연료를 일시적으로 저장하는 저장케이스; 및
    상기 저장케이스의 개구된 부분에 설치되며, 외부의 연료가 주입되는 주입홀이 형성된 커버플레이트;를 구비하는 가스터빈용 선회기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 분사부는 상기 가이드부가 안내하는 상기 유체의 이동방향으로 상기 연료를 분사하는 가스터빈용 선회기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지플레이트로부터 돌출되어 형성되는 돌출부;를 더 포함하는 가스터빈용 선회기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 돌출부에는 연료를 분사하는 홀이 형성되는 가스터빈용 선회기.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 가이드부 및 상기 돌출부는 각각 복수개 구비되며,
    상기 각 돌출부는 상기 복수개의 가이드부 중 인접하는 2개의 가이드부 사이에 설치되는 가스터빈용 선회기.
  11. 외부로부터 공급되는 연료를 일시적으로 저장하고, 상기 연료의 농도를 균일화시키는 연료균일화부;
    상기 연료균일화부와 연결되도록 설치되며, 상기 연료균일화부와 연결되도록 형성되어 상기 지지축의 길이 방향인 제 1 방향으로 연료를 공급하는 분사홀이 형성된 지지플레이트;
    상기 지지플레이트와 연결되는 지지축;
    상기 지지플레이트와 상기 지지축과 연결되며, 상기 지지플레이트의 측면으로 입사하는 유체와 상기 분사홀에서 분사되는 상기 연료를 혼합하여 상기 제 1 방향 및 상기 지지축을 선회하는 방향인 제 2 방향 중 적어도 하나의 방향으로 가이드하는 가이드부; 및
    상기 지지플레이트로부터 이격되어 배치되며, 상기 가이드부와 결합하여 상기 가이드부와 함께 상기 유체의 이동유로를 형성하는 커버하우징;을 포함하는 가스터빈용 선회기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 연료균일화부는,
    일측이 개구되도록 형성되고, 내부에 공간이 형성되며, 외부로부터 공급되는 연료를 일시적으로 저장하는 저장케이스; 및
    상기 저장케이스의 개구된 부분에 설치되며, 외부의 연료가 주입되는 주입홀이 형성된 커버플레이트;를 구비하는 가스터빈용 선회기.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 분사부는 상기 가이드부가 안내하는 상기 유체의 이동방향으로 상기 연료를 분사하는 가스터빈용 선회기.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 지지플레이트로부터 돌출되어 형성되는 돌출부;를 더 포함하는 가스터빈용 선회기.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 돌출부에는 연료를 분사하는 홀이 형성되는 가스터빈용 선회기.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 가이드부 및 상기 돌출부는 각각 복수개 구비되며,
    상기 각 돌출부는 상기 복수개의 가이드부 중 인접하는 2개의 가이드부 사이에 설치되는 가스터빈용 선회기.
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