KR101851067B1

KR101851067B1 - 가스터빈용 스월러

Info

Publication number: KR101851067B1
Application number: KR1020160106272A
Authority: KR
Inventors: 이종화
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2016-08-22
Filing date: 2016-08-22
Publication date: 2018-04-20
Also published as: KR20180021552A

Abstract

가스터빈용 스월러가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 의한 가스터빈용 스월러는 가스터빈의 연소기에 구비된 원통형태의 노즐 바디; 상기 노즐 바디의 선단부에 위치되고 상기 노즐 바디의 축 방향을 향해 고압의 압축 공기가 공급되도록 개구 홀이 형성된 압축 공기 공급부; 상기 노즐 바디의 축 방향을 기준으로 상기 압축 공기 공급부와 이격되어 일측 외주면에 원주 방향을 따라 다수개가 방사 형태로 배치되고, 연료가 배출되는 복수개의 연료 배출 홀이 형성된 다수개의 베인; 및 상기 복수개의 연료 배출 홀 사이를 서로 간에 독립적으로 구획하기 위해 상기 연료 배출 홀 사이에 위치된 가이드 부를 포함한다.

Description

가스터빈용 스월러{Swirler for Gas Turbine}

본 발명은 혼합 가스의 안정적인 이동과 공연비율을 일정하게 유지할 수 있는 가스터빈용 스월러에 관한 것이다.

일반적으로 연소 가스를 생성하기 위한 연소기는 공기와 연료를 연소 공간에 공급하여 화염을 형성하는 연소 버너가 구비된다. 예를 들면, 가스 터빈에 구비된 연소기에는 예혼합 연소 버너가 구비되어 있고, 상기 예혼합 연소 버너는 노즐의 외주측에 압축 공기 및 연료를 포함하는 예혼합기가 흐르는 축 방향 유로가 형성된다. 이와 같은 종류의 연소 버너는 통상 예혼합 촉진을 위해서 축 방향 유로에 스월러가 구비된다.

그런데 연소 버너에서 형성된 화염의 위치는 화염의 전파 속도인 연소 속도와 축 방향 유로를 흐르는 기체의 축류 속도와의 밸런스에 의해서 결정된다.

특히 안정적인 화염을 생성하기 위해서는 연소 버너로부터 소정 거리만큼 하류측으로 멀어진 위치에 상기 화염이 유지된다. 그런데, 연소 버너에 스월러가 구비될 경우 화염이 연소 버너측에 소상하는 플래시백(역화)이 발생하는 경우가 있다. 이것은 스월러에 의해 형성된 선회류의 소용돌이 중심측에 그 주위보다 축류 속도가 느린 영역이 형성되며, 이 영역에 있어서 연소 속도가 축류 속도를 상회하여 화염이 연소 버너측에 과잉으로 전파되면서 이와 같은 현상이 발생된다.

상기 플래시백이 빈번하게 발생하면 연소 버너가 소실되는 등의 문제점이 발생되므로 안정적인 연소 상태 유지와 공연비를 유지하여 가스터빈의 연소기가 정상 작동되는 것은 상당히 중요하다고 할 수 있다.

대한민국등록특허 제10-1411763호

본 발명의 실시 예들은 가스터빈의 스월러에서 분사되는 압축 공기와 연료가 혼합된 후에 다수개의 가이드 부에 의해 베인을 따라 독립적으로 이동한 뒤 노즐 바디의 축 방향을 따라 안정적으로 이동될 수 있는 가스터빈용 스월러를 제공하고자 한다.

본 발명의 일실시 예에 의한 가스터빈용 스월러는 가스터빈의 연소기에 구비된 원통형태의 노즐 바디; 상기 노즐 바디의 선단부에 위치되고 상기 노즐 바디의 축 방향을 향해 고압의 압축 공기가 공급되도록 개구 홀이 형성된 압축 공기 공급부; 상기 노즐 바디의 축 방향을 기준으로 상기 압축 공기 공급부와 이격되어 일측 외주면에 원주 방향을 따라 다수개가 방사 형태로 배치되고, 연료가 배출되는 복수개의 연료 배출 홀이 형성된 다수개의 베인; 및 상기 복수개의 연료 배출 홀 사이를 서로 간에 독립적으로 구획하기 위해 상기 연료 배출 홀 사이에 위치된 가이드 부를 포함하고, 상기 가이드 부에 상기 노즐 바디로 이동하는 혼합 가스의 이동 방향을 안내하는 보조 가이드 부가 구비되고, 상기 보조 가이드 부는 상기 가이드 부에 소정의 각도로 회전되도록 힌지 결합된 것을 특징으로 한다.
상기 가이드 부는 상기 베인의 압력면에서 돌출된 것을 특징으로 한다.
상기 가이드 부는 상기 베인의 압력면에서 수직 방향으로 돌출된 것을 특징으로 한다.
상기 가이드 부는 상기 베인의 압력면을 이루고 외측으로 라운드지게 돌출된 리딩엣지에서부터 상기 베인의 끝단을 이루는 트레일링 엣지까지 연장된 것을 특징으로 한다.
상기 가이드 부는 상기 베인을 측면에서 바라볼 때 상기 리딩엣지 위치에서 상기 베인의 최대 두께 위치까지 연장된 제1 구간; 상기 제1 구간에서부터 상기 트레일링 엣지까지 연장된 제2 구간까지 연장되고, 상기 제1 구간은 상기 제2 구간을 향할수록 상측으로 돌출된 높이가 증가되고, 상기 제2 구간은 일정한 높이가 유지된다.
상기 가이드 부는 상기 베인의 압력면에서 수직 방향으로 돌출된 단부에 형성된 제1 라운드 부를 포함한다.
상기 가이드 부는 상기 베인을 상부에서 바라볼 때 상기 리딩 엣지에서 상기 트레일링 엣지까지 연장된 것을 특징으로 한다.
상기 가이드 부는 상기 베인을 상부에서 바라볼 때 복수개로 이루어진 연료 배출 홀 사이에 위치된 제1 가이드 부; 상기 제1 가이드 부와 수평 방향에서 이격된 제2 가이드 부를 포함하고, 상기 제1 가이드 부는 상기 베인을 상부에서 바라볼 때 상기 리딩 엣지에서 상기 트레일링 엣지까지 연장되고, 상기 제2 가이드 부는 베인을 상부에서 바라볼 때 상기 리딩 엣지에서 상기 제1 가이드 부를 향해 경사지게 연장된 것을 특징으로 한다.
상기 가이드 부는 상기 베인을 상부에서 바라볼 때 상기 리딩엣지에서부터 상기 트레일링 엣지로 갈수록 좌측면과 우측면이 내측으로 라운드 진 제2 라운드를 포함한다.
상기 베인은 외측으로 라운드지게 돌출된 압력면과 상기 압력면의 하측에 형성된 흡입면을 포함하고, 상기 연료 배출 홀은 상기 압력면에 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 보조 가이드 부는 상기 트레일링 엣지까지 연장된 상기 가이드 부의 후단에 위치된 것을 특징으로 한다.
상기 보조 가이드 부는 상기 트레일링 엣지에서 외측을 향해 연장된 것을 특징으로 한다.
상기 보조 가이드 부는 상기 가이드 부에서 좌우 양측을 향해 회전되는 것을 특징으로 한다.
상기 가이드 부는 상기 리딩엣지에서부터 상기 트레일링 엣지로 갈수록 폭 방향(W) 길이가 증가되는 것을 특징으로 한다.
상기 가이드 부는 상기 베인을 상부에서 바라볼 때 상기 베인의 폭 방향에서 상기 연료 배출 홀 사이에 구비된 제1 가이드 부와 제2 가이드 부를 포함하고, 상기 제1 가이드 부와 제2 가이드 부 사이의 이격 거리는 상기 리딩엣지에서 상기 트레일링 엣지로 갈수록 감소되는 것을 특징으로 한다.
상기 가이드 부가 상기 베인의 폭 방향에서 등 간격으로 서로 간에 이격된 것을 특징으로 한다.
상기 베인은 상기 노즐 바디의 외측으로 동일 길이로 연장된 것을 특징으로 한다.
상기 베인은 상기 노즐 바디의 전체 길이를 L이라 할 때 상기 압축 공기 공급부를 기준으로 L/3 위치 이내로 이격된 위치에 위치된다.
상기 스월러가 연소기의 내부에 위치되고 상기 스월러로 압축 공기와 연료공기가 혼합되는 가스터빈을 제공한다.
상기 스월러의 전방에 압축기가 위치되고, 상기 스월러의 후방에 터빈이 구비된 가스터빈을 제공한다.

본 실시 예에 의한 스월러는 노즐 바디; 상기 노즐 바디의 선단부에 위치되고 상기 노즐 바디의 축 방향을 향해 고압의 압축 공기가 공급되도록 개구 홀이 형성된 압축 공기 공급부; 상기 노즐 바디의 축 방향을 기준으로 상기 압축 공기 공급부와 이격되어 일측 외주면에 원주 방향을 따라 다수개가 방사 형태로 배치되고, 연료가 배출되는 복수개의 연료 배출 홀이 형성된 다수개의 베인; 및 상기 복수개의 연료 배출 홀 사이를 서로 간에 독립적으로 구획하기 위해 상기 연료 배출 홀 사이에 위치된 가이드 부를 포함하고, 상기 가이드 부에 혼합 가스의 이동 방향을 안내하는 보조 가이드 부가 구비되고, 상기 보조 가이드 부는 상기 가이드 부에 소정의 각도로 회전되도록 힌지 결합된 것을 특징으로 한다.

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본 발명의 실시 예들은 가스터빈에 구비된 스월러의 안정적인 작동과 화염이 홀딩되는 현상을 최소화 할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 스월러에 구비된 베인을 통해 이동하는 혼합 가스의 이동 속도가 증가되고, 압축 공기와 연료 배출 홀에서 분사된 연료가 혼합된 뒤에 가이드 부에 의해 각각 독립적으로 베인을 따라 이동되므로 서로 간에 혼합 또는 충돌되는 현상이 발생되지 않는다.

본 발명의 실시 예들은 공연비가 안정적으로 유지되며 질소 산화물의 생성이 최소화 될 수 있다.

도 1은 스월러가 구비된 가스터빈을 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 가스터빈용 스월러를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 가이드 부의 평면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 가이드 부의 사시도.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 스월러를 후방에서 바라본 상태를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 가이드 부의 다른 실시 예를 도시한 평면도.
도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 가이드 부에 형성된 제2 라운드 부를 도시한 사시도.
8은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 가스터빈용 스월러를 도시한 사시도.
도 9 내지 도 10은 본 발명의 제3 실시 예에 의한 가스터빈용 스월러를 도시한 사시도.

본 발명의 제1 실시 예에 의한 가스터빈용 스월러에 대한 설명에 앞서 상기 가스 터빈의 기본 구성에 대해 설명한다.

첨부된 도 1을 참조하면, 가스 터빈은 크게 압축기(5)와 연소기(2)와 터빈(20)으로 구성된다. 상기 압축기(5)는 공기를 도입하는 공기 도입구(11)가 구비되고, 압축기 케이싱(12) 내에 다수개의 압축기 베인(13)과, 압축기 블레이드(14)가 교대로 배치되어 있다.

연소기(2)는 상기 압축기(5)에서 압축된 압축 공기에 대하여 연료를 공급하고 버너로 점화함으로써 고온고압의 연소 가스가 생성된다.

터빈(20)은 터빈 케이싱(31) 내에 복수의 터빈 베인(32)과, 터빈 블레이드(33)가 교대로 배치되어 있다. 또한, 압축기(5)와 연소기(2)와 터빈(20) 및 배기실(34)의 중심부를 관통하도록 로터(4)가 배치되어 있다.

상기 로터(4)는 압축기(5)측의 단부가 베어링부(41)에 의해 지지되어 있는 한편, 배기실(34)측의 단부가 베어링부(42)에 의해 지지되어, 자신의 중심 축선 S를 중심으로 하여 회전 가능하게 설치되어 있다. 그리고, 상기 로터(4)에 복수의 디스크가 고정되어, 각각의 블레이드(14,33)가 연결되는 동시에, 배기실(34)측의 단부에 발전기(미도시)의 구동축이 연결된다.

압축기(5)의 공기 도입구(11)로부터 도입된 공기는 다수개의 압축기 베인(13)과 압축기 블레이드(14)를 통과 하여 압축됨으로써 고온고압의 압축 공기로 변화되고, 연소기(2)에서 상기 압축 공기에 대하여 소정의 연료를 공급함으로써 연소시킨다.

그리고, 상기 연소기(2)에서 생성된 고온고압의 연소 가스가 터빈(20)을 구성하는 다수개의의 터빈 베인(32)과 터빈 블레이드(33)를 통과함으로써 로터(4)를 회전 구동하고, 상기 로터(4)에 연결된 발전기에 회전 동력을 부여함으로써 발전이 이루어진다.

이와 같이 구성된 가스 터빈에서는 압축기(5)에서 압축된 압축 공기의 일부를 압축기 케이싱(12)의 중간 단의 추기 매니폴드(15)로부터 외부 배관에 의해 추기하고, 이 압축 공기(추기 공기)를 냉각 공기로서 터빈 케이싱(31)의 내부에 공급되도록 구성된다.

또한 로터(4)측에 고정된 터빈 블레이드(33)는 디스크의 외주면을 따라 환 형상으로 다수개가 설치되어 있고 냉각을 위해 별도로 냉각 공기가 압축기(5)로부터 공급된다.

상기 가스 터빈은 연소기(2)의 내부에 압축 공기와 연료가 혼합되는 스월러가 구비되고 이에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 의한 스월러(1)는 연료 공기의 혼합비율을 일정하게 유지하고 복수개의 연료 배출 홀 사이를 구획하는 가이드 부를 통해 스월러의 안정적인 작동과 질소 산화물의 생성을 최소화 하는 것을 특징으로 한다.

이를 위해 본 발명은 가스터빈의 스월러를 구성하는 노즐 바디(100)와, 압축 공기 공급부(200)와, 베인(300) 및 가이드 부(400)를 포함하여 구성된다.

상기 스월러(1)는 원통 형태로 이루어진 케이싱(일명 슈라우드 라고 함)(미도시)의 내부에 위치되고 상기 노즐 바디(100)가 상기 케이싱의 내부 중앙에 위치된다.

상기 노즐 바디(100)는 소정의 직경으로 형성되고 도면에 도시된 길이로 연장된다. 압축 공기 공급부(200)는 상기 노즐 바디(100)의 선단부(도면 기준 우측 단부)에 위치되고 상기 노즐 바디(100)의 축 방향을 향해 고압의 압축 공기가 공급되도록 다수개의 개구 홀(210)이 원주 방향을 따라 형성된다.

상기 개구 홀(210)은 후술할 다수개의 베인(300)을 향해 개구되어 있고 압축기로부터 고압의 압축 공기를 공급받아 상기 베인(300)으로 공급한다.

개구 홀(210)은 상기 베인(300)과 마주보는 압축 공기 공급부(200)의 후면(도면 기준임)에 원주 방향을 따라 다수개가 배치되므로 다량의 압축 공기를 다수개의 베인(300)으로 공급할 수 있다.

베인(300)은 상기 노즐 바디(100)의 축 방향을 기준으로 상기 압축 공기 공급부(200)와 이격되어 일측 외주면에 원주 방향을 따라 다수개가 방사 형태로 배치되고, 연료가 배출되는 복수개의 연료 배출 홀(302a, 302b, 302c)이 형성된다.

상기 베인(300)은 노즐 바디(100)의 외측에 소정의 각도로 경사진 상태로 설치되므로 상기 개구 홀(210)에서 압축 공기가 공급될 경우 상기 노즐 바디(100)의 축 방향을 따라 나선 형태로 이동되는 유체의 흐름을 유발한다.

상기 베인(300)에 구비된 연료 배출 홀(302a, 302b, 302c)에서는 전술한 압축 공기와 혼합되는 연료가 배출되고, 상기 배출된 연료와 압축 공기가 특정 혼합비를 이루는 혼합 가스 형태로 상기 노즐 바디(100)의 축 방향 하측으로 이동된다.

상기 혼합 가스는 전체 혼합 비율 중 압축 공기의 비율이 높거나 연료의 비율이 지나치게 높을 경우 안정적인 혼합 비율이 유지되지 못하므로 특정 비율로 일정하게 유지되는 것이 안정적인 연소를 위해 유리하다.

본 실시 예에서는 상기 베인(300)에 구비된 가이드 부(400)에 의해 혼합 가스의 이동 흐름이 안정적으로 유도되고 이동 방향에 대한 가이드까지 동시에 이루어지며 이에 대해서는 가이드 부를 설명하면서 상세하게 설명하기로 한다.

베인(300)은 비행기 날개의 단면 형태를 의미하는 익형(air foil)의 형태로 형성되는데, 도면 기준으로 외측을 향해 라운드지게 형성된 상부가 압력면(301)에 해당되고, 하면의 평평한 면은 흡입면(302)에 해당된다.

상기 압력면(301)에는 다수개의 연료 배출 홀(302a, 302b, 302c)이 베인(300)의 폭 방향을 따라 일정 간격으로 복수개가 배치된다.

베인(300)은 압축 공기 공급부(200)와 마주보는 앞부분을 리딩엣지(Leading Edge)(303)라 하고, 두께가 가장 얇아지는 뒷 부분을 트레일링 엣지(Trailing Edge)(304)라 한다.

압축 공기는 개구 홀(210)에서 분사된 후에 상기 리딩엣지(303)에서 베인(300)의 압력면(301)과 흡입면(302)을 따라 트레일링 엣지(304)로 이동하는 동안 상기 연료 배출 홀(302a, 302b, 302c)에서 배출된 연료와 혼합된 후에 혼합 가스 현태로 변형된다.

여기서 상기 연료 배출 홀(302a, 302b, 302c)에서 각각 배출된 연료가 압축 공기와 혼합될 경우 서로 간에 충돌 또는 혼합되지 않도록 가이드 부(400)가 구비된다.

일 예로 가이드 부(400)는 상기 복수개의 연료 배출 홀(302a, 302b, 302c) 사이를 서로 간에 독립적으로 구획하기 위해 상기 연료 배출 홀(302a, 302b, 302c) 사이에 각각 위치된다.

상기 가이드 부(400)는 상기 베인(300)의 압력면(301)에서 수직 방향으로 돌출될 수 있으며 높이는 특별히 한정하지 않으나 혼합 가스의 안정적인 이동을 위해 도면에 도시되 높이로 설명한다.

가이드 부(400)는 상기 베인(300)의 압력면(301)을 이루고 외측으로 라운드지게 돌출된 리딩엣지(303)에서부터 상기 베인(300)의 끝단을 이루는 트레일링 엣지(304)까지 수직 방향으로돌출되므로 상기 압력면(301)에서 소정의 높이로 격벽을 형성할 수 있어 혼합 가스의 이동을 안정적으로 가이드 할 수 있다.

첨부된 도 4를 참조하면, 가이드 부(400)는 상기 베인(300)을 측면에서 바라볼 때 상기 리딩엣지(303) 위치에서 상기 베인(300)의 최대 두께 위치까지 연장된 제1 구간(S1)과, 상기 제1 구간(S1)에서부터 상기 트레일링 엣지(304)까지 연장된 제2 구간(S2)까지 연장된다.

상기 제1 구간(S1)은 상기 제2 구간(S2)을 향할 수록 돌출된 높이가 증가되고, 상기 제2 구간(S2)은 일정한 높이가 유지된다. 제1 구간(S1)은 압축 공기 공급부(200)에서 공급된 압축 공기가 베인(300)으로 용이하게 이동되도록 상기 연료 배출 홀(302a, 302b, 302c)의 위치로 갈수록 높이가 증가되므로 리딩엣지(303)에서 압력면(301)과 흡입면(302)을 향해 각각 압축 공기가 분기되어 안정적으로 이동될 수 있다.

특히 연료 배출 홀(302a, 302b, 302c)이 위치된 제1 구간(S1)은 압축 공기가 트레일링 엣지(304)를 향해 안정적인 이동이 이루어져야 되고, 상기 압축 공기가 이웃한 연료 배출 홀을 향해 이동이 이루어지지 않는 것이 일정한 혼합 비율을 유지하는데 유리할 수 있다.

본 발명은 이를 위해 상기 연료 배출 홀(302a, 302b, 302c)이 위치된 근방에서는 상기 베인(300)의 익형 형상으로 인해 가이드 부(400)의 돌출 높이가 제2 구간(S2)과 같은 높이로 돌출되지 않고 상대적으로 낮은 높이로 돌출된다.

이 경우에도 압축 공기의 이동은 안정적으로 가이드 될 수 있고 서로 간에 혼합되는 현상은 예방할 수 있다.

본 실시 예에 의한 가이드 부(400)는 베인(300)을 상부에서 바라볼 때 복수개로 이루어진 연료 배출 홀(302a, 302b, 302c) 사이에 위치된 제1 가이드 부(410)와, 상기 베인(300)의 폭 방향에서 상기 제1 가이드 부(410)와 이격된 제2 가이드 부(420)를 포함한다. 가이드 부(400)는 모두 2개로 도시하였으나 개수는 변동 될 수 있다.

가이드 부(400)는 베인(300)의 압력면(301)에 용접되나, 상기 베인(300)에 가이드 부(400)가 삽입되는 홈이 형성되어 있어 끼움 결합된 후에 용접되는 것도 가능할 수 있다.

제1,2 가이드 부(410, 420)는 베인(300)의 상부에서 각각 수직 방향으로 돌출될 수 있으며 이 경우 상기 제1,2 가이드 부(410, 420)에 의해 구획된 베인(300)의 상면은 동일 면적으로 구획된다. 이 경우 구획된 베인(300)의 상부를 따라 이동하는 혼합 가스량이 일정하게 유지될 수 있어 유동 안전성이 향상된다.

가이드 부(400)는 상기 베인(300)의 상측 단부에 형성된 제1 라운드 부(402)를 포함한다. 상기 제1 라운드 부(402)는 혼합 가스와의 접촉으로 인한 박리 또는 추가 난류 형성을 최소화 하기 위해 외주면이 각진 형태가 아닌 라운드 진 형태로 형성되므로 상기 혼합 가스의 안정적인 이동을 도모할 수 있다.

첨부된 도 5를 참조하면, 혼합 가스는 노즐 바디(100)의 축 방향을 따라 이동할 경우 외주면에 밀착된 상태로 이동하지 않고, 노즐 바디(100)의 후방에서 바라볼 때 외측으로 이격 간격(G)이 유지된 상태로 나선 형태의 이동 흐름이 유지되므로 상기 혼합 가스의 이동 속도와 방향이 저하되지 않는다.

또한 노즐 바디(100)의 외주면에서 반경 방향(r) 외측을 향해 지나치게 이격되어 혼합 가스가 이동될 경우 확산되거나 케이싱의 내측과 접촉으로 인해 이동 방향이 불특정 방향으로 변경될 수 있다.

따라서 본 발명은 혼합 가스의 이동 방향을 노즐 바디(100)의 축 방향에서 이격 간격(G)이 유지된 상태로 유도하여 안정적인 연소를 도모하고자 한다.

첨부된 도 6을 참조하면, 본 실시 예에 의한 제1 가이드 부(410)는 상기 베인(300)을 상부에서 바라볼 때 상기 리딩 엣지(302)에서 상기 트레일링 엣지(304)를 향해 연장되고, 상기 제2 가이드 부(420)는 베인(300)을 상부에서 바라볼 때 상기 리딩 엣지(302)에서 상기 제1 가이드 부(410)를 향해 경사지게 연장될 수 있다.

이 경우는 제2 가이드 부(420)에 의해 이동 방향이 가이드 된 혼합 가스가 상기 연료 배출 홀(302b)에 의해 가이드 된 혼합 공기와 함께 노즐 바디(100)를 향해 이동될 때 반경 방향(r)으로 이동 방향이 편심되는 현상이 최소화 될 수 있다.

첨부된 도 7을 참조하면, 상기 가이드 부(400)는 상기 베인(300)을 상부에서 바라볼 때 상기 리딩엣지(303)에서부터 상기 트레일링 엣지(304)로 갈수록 좌측면과 우측면이 내측을 향해 라운드 진 제2 라운드(403)를 포함한다.

상기 제2 라운드 부(403)는 제1,2 가이드 부(410, 420)를 정면에서 바라볼 때 좌우 양측면이 오목하게 형성된 부분에 해당되고 혼합 가스가 이동할 때 상기 제2 라운드 부(403)에 밀착된 상태로 이동될 수 있다.

혼합 가스는 상기 제2 라운드 부(403)를 따라 이동하는 경우 화살표 방향으로 혼합 가스의 이동 흐름이 발생될 수 있다.

이 경우에도 상기 혼합 가스는1,2 가이드 부(410, 420)의 외측으로 이동하지 않고 길이 방향으로 이동하는 이동 흐름이 안정적으로 유지되므로 이동 방향이 상기 제1,2 가이드 부(410, 420)의 외측 또는 상측이 아닌 트레일링 엣지(304)를 향해 이동하는 정상적인 혼합 가스의 이동 흐름에 합께 혼합되어 이동될 수 있다.

따라서 상기 제1,2 가이드 부(410, 420)를 따라 이동하는 혼합 가스의 이동 흐름은 특정 위치에서 외측 또는 상측으로 박리되지 않고 트레일링 엣지(304)를 향해 안정적으로 이동될 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 의한 가스터빈용 스월러에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시 예는 전술한 실시 예와 중복되는 구성은 생략하고 차이점에 대해서만 서술하기로 한다.

첨부된 도 8을 참조하면, 본 실시 예에 의한 스월러(1a)는 가스터빈의 연소기에 구비된 원통형태의 노즐 바디(100)와, 상기 노즐 바디(100)의 선단부에 위치되고 상기 노즐 바디(100)의 축 방향을 향해 고압의 압축 공기가 공급되도록 다수개의 개구 홀(210)이 형성된 압축 공기 공급부(200)와, 상기 노즐 바디(100)의 축 방향을 기준으로 상기 압축 공기 공급부(200)와 이격되어 일측 외주면에 원주 방향을 따라 방사 형태로 배치되고, 연료가 배출되는 복수개의 연료 배출 홀(302a, 302b, 302c)이 형성된 다수개의 베인(300a)과, 상기 베인(300a)의 압력면을 이루고 외측으로 라운드지게 돌출된 리딩엣지(303)에서부터 상기 베인(300a)의 끝단을 이루는 트레일링 엣지(304)까지 연장되고 상기 복수개의 연료 배출 홀(302a, 302b, 302c) 사이를 서로 간에 독립적으로 구획하기 위한 가이드 부(400a) 및 상기 트레일링 엣지(304)까지 연장된 상기 가이드 부(400a)의 후단에 상기 노즐 바디(100)로 이동하는 혼합 가스의 이동 방향을 안내하는 보조 가이드 부(500a)를 포함한다.

상기 보조 가이드 부(500a)는 상기 트레일링 엣지(304)에서 외측을 향해 연장되는데, 연장 길이는 도면에 도시된 길이로 연장되고 폭과 높이는 상기 가이드 부(400a)와 동일하게 연장된다.

보조 가이드 부(500a)는 베인(300a)을 통해 노즐 바디(100)로 이동하는 혼합 가스의 이동 방향을 보다 안정적으로 가이드 하기 위해 구비된다.

예를 들어 혼합 가스는 베인(300a)을 통해 이동 방향이 가이드 된 후에 트레일링 엣지(304) 부분에서 이동 흐름이 불안정 해 질 수 있으나 상기 보조 가이드 부(500a)에 의해 한 번 더 이동 방향이 전환될 수 있다.

즉 보조 가이드 부(500a)는 상기 혼합 가스가 베인(300a)에서 노즐 바디(100)를 향해 이동할 때 이동 방향을 특정 위치로 전환하여 노즐 바디 (100)와 일정한 이격 간격(G)이 유지되도록 하여 안정적인 이동을 도모할 수 있다.

보조 가이드 부(500a)는 가이드 부(400a)의 후단에 끼움 결합되도록 원형의 힌지가 형성되고, 상기 가이드 부(400a)에는 상기 힌지가 삽입되는 홈부가 형성되어 있어 용이하게 결합된다.

상기 힌지는 도면에 도시된 형태 이외에도 다른 형태로 변경될 수 있으며 기어들의 물림을 통한 구성으로 힌지를 구성하는 것도 가능할 수 있다.

상기 보조 가이드 부(500a)는 특정 경사각 범위 이내에서 회전되며 상기 경사각은 노즐 바디(100a)의 축 방향을 따라 나선 형태로 이동하는 혼합 가스의 이동 방향과 이격 간격(G)을 동시에 고려하여 상기 경사각이 설정된다.

상기 경사각은 반드시 도면에 도시된 경사각으로 한정하지 않고 변동될 수 있으며 이 경우 고정을 위한 별도의 고정 핀 또는 고정 턱 또는 링크 중의 어느 하나의 구성이 이용될 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 의한 가스터빈용 스월러에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 9 내지 도 10을 참조하면, 본 실시 예에 의한 스월러(1b)는 가스터빈의 연소기에 구비된 원통형태의 노즐 바디(100)와, 상기 노즐 바디(100)의 선단부에 위치되고 상기 노즐 바디(100)의 축 방향을 향해 고압의 압축 공기가 공급되도록 다수개의 개구 홀(210)이 형성된 압축 공기 공급부(200)와, 상기 노즐 바디(100)의 축 방향을 기준으로 상기 압축 공기 공급부(200)와 이격되어 일측 외주면에 원주 방향을 따라 방사 형태로 배치되고, 연료가 배출되는 복수개의 연료 배출 홀(302a, 302b, 302c)이 형성된 다수개의 베인(300b); 및 상기 복수개의 연료 배출 홀(302a, 302b, 302c) 사이를 서로 간에 독립적으로 구획하기 위해 상기 연료 배출 홀(302a, 302b, 302c) 사이에 위치된 가이드 부(400b)를 포함하고, 상기 가이드 부(400b)는 상기 베인(300b)의 압력면(301)을 이루고 외측으로 라운드지게 돌출된 리딩엣지(303)에서부터 상기 베인(300b)의 끝단을 이루는 트레일링 엣지(304)까지 연장되되, 상기 리딩엣지(303)에서부터 상기 트레일링 엣지(304)로 갈수록 폭 방향(W) 길이가 증가될 수 있다.

상기 가이드 부(400b)는 상기 베인(300b)을 상부에서 바라볼 때 상기 베인(300b)의 폭 방향에서 상기 연료 배출 홀(302a, 302b, 302c) 사이에 구비된 제1 가이드 부(410b)와, 제2 가이드 부(420b)를 포함하고, 상기 제1 가이드 부(410b)와 제2 가이드 부(420b) 사이의 이격 거리(d)는 상기 리딩엣지(303)에서 상기 트레일링 엣지(304)로 갈수록 감소될 수 있다.

상기 제1 가이드 부(410b)와 제2 가이드 부(420b) 사이의 이격 거리(d)가 감소 될수록 혼합 가스가 이동하는 면적이 감소되나 혼합 가스의 유동 이동 속도는 증가되므로 상기 베인(300b)을 통과할 때의 속도가 증가한다.

이 경우 혼합 가스가 베인을 따라 이동하는 동일 조건일 경우 상기 이격 거리(d)의 변화량에 따라 노즐 바디(100)를 향해 이동하는 혼합 가스의 이동 속도가 증가되므로 고속 화염의 연소 조건을 보다 안정적으로 유지할 수 있다.

상기 제1 가이드 부(410b)와, 제2 가이드 부(420b)는 전술한 제1 내지 제2 실시 예와 같이 베인(300b)을 상부에서 바라볼 때 리딩 엣지(302)에서 트레일링 엣지(304)를 향해 연장된것은 동일하나 상기 리딩엣지(303)에서부터 상기 트레일링 엣지(304)로 갈수록 상기 제1 가이드 부(410b)와, 제2 가이드 부(420b)사이의 폭 방향 길이(L)가 증가된다.

상기 폭 방향 길이(L)는 특정 치수로 한정하지 않으나 일 예로 상기 제1,2 가이드 부(410b, 420b)의 선단부는 제1 길이(L1)로 형성되고, 후단부는 제2 길이(L2)로 구성될 수 있다.

상기 제2 길이(L2)는 제1 길이(L1) 보다 길게 연장되며 일 예로 상기 제2 길이(L2) 는 제1 길이(L1) 대비 2배 또는 2.5배 길게 연장될 수 있다.

이 경우 혼합가스는 가이드 부(400b)를 경유하면서 일정하게 연장된 길이를 갖는 가이드 부에 비해 유속이 증가될 수 있다.

본 실시 예에 의한 가이드 부(400, 400a, 400b)가 상기 베인(300, 300a, 300b)의 폭 방향에서 등 간격으로 서로 간에 이격된다. 이 경우 상기 가이드 부(400, 400a, 400b)에 의해 베인(300, 300a, 300b)을 따라 이동하는 혼합 가스의 균일도와 안전성이 향상될 수 있다.
따라서 혼합 가스의 화염이 노즐 바디(100, 100a, 100b)를 따라 균일하게 유지될 수 있다.
본 실시 예에 의한 가이드 부(400, 400a, 400b)는 폭 방향에서 등 간격으로 서로 간에 이격되는데, 이 경우 노즐 바디(100, 100a, 100b)를 따라 화염의 이동 방향이 가이드 될 수 있어 이동 안전성이 향상된다.
본 실시 예에 의한 베인(300, 300a, 300b)은 상기 노즐 바디(100, 100a, 100b)의 외측으로 동일 길이로 연장된다. 상기 베인(300, 300a, 300b)은 상기 노즐 바디(100, 100a, 100b)의 전체 길이를 L이라 할 때 상기 압축 공기 공급부(200, 200a, 200b)를 기준으로 L/3 위치 이내로 이격된 위치에 위치된다.
상기 위치는 상기 압축 공기 공급부(200, 200a, 200b)에서 분사된 압축 공기의 이동 흐름이 일정하게 유지되는 구간으로 연료공기와 혼합시 발생되는 난류 흐름을 최소화 할 수 있는 위치에 해당된다.

본 실시 예에 의한 스월러가 연소기(2)의 내부에 위치되고 상기 스월러로 압축 공기와 연료공기가 혼합되는 가스터빈이 사용된다.
본 실시 예는 스월러의 전방에 압축기(5)가 위치되고, 상기 스월러의 후방에 터빈(20)이 구비된 가스터빈인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시 예에 의한 가스터빈은 노즐 바디(100a)와, 압축 공기 공급부(200a)와, 다수개의 베인(300a)과, 가이드 부(400a)를 포함하는 구성은 동일하고, 상기 가이드 부(400a)에 혼합 가스의 이동 방향을 안내하는 보조 가이드 부(500a)가 구비되고, 상기 보조 가이드 부(500a)는 상기 가이드 부(400b)에 소정의 각도로 회전되도록 힌지 결합된다.
따라서 혼합 가스가 베인(300a)에서 노즐 바디(100)를 향해 이동할 때 이동 방향을 특정 위치로 전환하여 노즐 바디(100)와 일정한 이격 간격(G)이 유지되도록 하여 안정적인 이동을 도모할 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시 예에 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.

100, 100a, 100b : 노즐 바디
200, 200a, 200b : 압축 공기 공급부
210 : 개구 홀
300, 300a, 300b : 베인
301 : 압력면
302 : 흡입면
303 : 리딩 엣지
304 : 트레일링 엣지
S1, S2 : 제1,2 구간
302a, 302b, 302c : 연료 배출 홀
400, 400a, 400b : 가이드 부
410, 420 : 제1,2 가이드 부
500b : 보조 가이드 부

Claims

가스터빈의 연소기에 구비된 원통형태의 노즐 바디;
상기 노즐 바디의 선단부에 위치되고 상기 노즐 바디의 축 방향을 향해 고압의 압축 공기가 공급되도록 개구 홀이 형성된 압축 공기 공급부;
상기 노즐 바디의 축 방향을 기준으로 상기 압축 공기 공급부와 이격되어 일측 외주면에 원주 방향을 따라 다수개가 방사 형태로 배치되고, 연료가 배출되는 복수개의 연료 배출 홀이 형성된 다수개의 베인; 및
상기 복수개의 연료 배출 홀 사이를 서로 간에 독립적으로 구획하기 위해 상기 연료 배출 홀 사이에 위치된 가이드 부를 포함하고,
상기 가이드 부에 상기 노즐 바디로 이동하는 혼합 가스의 이동 방향을 안내하는 보조 가이드 부가 구비되고, 상기 보조 가이드 부는 상기 가이드 부에 소정의 각도로 회전되도록 힌지 결합된 것을 특징으로 하는 가스터빈용 스월러.
제1 항에 있어서,
상기 가이드 부는 상기 베인의 압력면에서 돌출된 것을 특징으로 하는 가스터빈용 스월러.
제2 항에 있어서,
상기 가이드 부는 상기 베인의 압력면에서 수직 방향으로 돌출된 것을 특징으로 하는 가스터빈용 스월러.
제2 항에 있어서,
상기 가이드 부는 상기 베인의 압력면을 이루고 외측으로 라운드지게 돌출된 리딩엣지에서부터 상기 베인의 끝단을 이루는 트레일링 엣지까지 연장된 것을 특징으로 하는 가스터빈용 스월러.
제4 항에 있어서,
상기 가이드 부는 상기 베인을 측면에서 바라볼 때 상기 리딩엣지 위치에서 상기 베인의 최대 두께 위치까지 연장된 제1 구간;
상기 제1 구간에서부터 상기 트레일링 엣지까지 연장된 제2 구간까지 연장되고,
상기 제1 구간은 상기 제2 구간을 향할수록 상측으로 돌출된 높이가 증가되고, 상기 제2 구간은 일정한 높이가 유지되는 가스터빈용 스월러.
제4 항에 있어서,
상기 가이드 부는 상기 베인의 압력면에서 수직 방향으로 돌출된 단부에 형성된 제1 라운드 부를 포함하는 가스터빈용 스월러.
제4 항에 있어서,
상기 가이드 부는 상기 베인을 상부에서 바라볼 때 상기 리딩 엣지에서 상기 트레일링 엣지까지 연장된 것을 특징으로 하는 가스터빈용 스월러.
제4 항에 있어서,
상기 가이드 부는 상기 베인을 상부에서 바라볼 때 복수개로 이루어진 연료 배출 홀 사이에 위치된 제1 가이드 부;
상기 제1 가이드 부와 수평 방향에서 이격된 제2 가이드 부를 포함하고,
상기 제1 가이드 부는 상기 베인을 상부에서 바라볼 때 상기 리딩 엣지에서 상기 트레일링 엣지까지연장되고, 상기 제2 가이드 부는 베인을 상부에서 바라볼 때 상기 리딩 엣지에서 상기 제1 가이드 부를 향해 경사지게 연장된 것을 특징으로 하는 가스터빈용 스월러.
제4 항에 있어서,
상기 가이드 부는 상기 베인을 상부에서 바라볼 때 상기 리딩엣지에서부터 상기 트레일링 엣지로 갈수록 좌측면과 우측면이 내측으로 라운드 진 제2 라운드를 포함하는 가스터빈용 스월러.
제1 항에 있어서,
상기 베인은 외측으로 라운드지게 돌출된 압력면과 상기 압력면의 하측에 형성된 흡입면을 포함하고, 상기 연료 배출 홀은 상기 압력면에 형성된 것을 특징으로 하는 가스터빈용 스월러.
제4 항에 있어서,
상기 보조 가이드 부는 상기 트레일링 엣지까지 연장된 상기 가이드 부의 후단에 위치된 것을 특징으로 하는 가스터빈용 스월러.
제4 항에 있어서,
상기 보조 가이드 부는 상기 트레일링 엣지에서 외측을 향해 연장된 것을 특징으로 하는 가스터빈용 스월러.
제11 항에 있어서,
상기 보조 가이드 부는 상기 가이드 부에서 좌우 양측을 향해 회전되는 것을 특징으로 하는 가스터빈용 스월러.
제4 항에 있어서,
상기 가이드 부는 상기 리딩엣지에서부터 상기 트레일링 엣지로 갈수록 폭 방향(W) 길이가 증가되는 것을 특징으로 하는 가스터빈용 스월러.
제14 항에 있어서,
상기 가이드 부는 상기 베인을 상부에서 바라볼 때 상기 베인의 폭 방향에서 상기 연료 배출 홀 사이에 구비된 제1 가이드 부와 제2 가이드 부를 포함하고,
상기 제1 가이드 부와 제2 가이드 부 사이의 이격 거리는 상기 리딩엣지에서 상기 트레일링 엣지로 갈수록 감소되는 것을 특징으로 하는 가스터빈용 스월러.
제1 항에 있어서,
상기 가이드 부가 상기 베인의 폭 방향에서 등 간격으로 서로 간에 이격된 것을 특징으로 하는 가스터빈용 스월러.
제1 항에 있어서,
상기 베인은 상기 노즐 바디의 외측으로 동일 길이로 연장된 것을 특징으로 하는 가스터빈용 스월러.
제1 항에 있어서,
상기 베인은 상기 노즐 바디의 전체 길이를 L이라 할 때 상기 압축 공기 공급부를 기준으로 L/3 위치 이내로 이격된 위치에 위치된 가스터빈용 스월러.
제1 항에 따른 상기 스월러가 연소기의 내부에 위치되고 상기 스월러로 압축 공기와 연료공기가 혼합되는 가스터빈.
제1 항에 따른 상기 스월러의 전방에 압축기가 위치되고, 상기 스월러의 후방에 터빈이 구비된 가스터빈.
노즐 바디;
상기 노즐 바디의 선단부에 위치되고 상기 노즐 바디의 축 방향을 향해 고압의 압축 공기가 공급되도록 개구 홀이 형성된 압축 공기 공급부;
상기 노즐 바디의 축 방향을 기준으로 상기 압축 공기 공급부와 이격되어 일측 외주면에 원주 방향을 따라 다수개가 방사 형태로 배치되고, 연료가 배출되는 복수개의 연료 배출 홀이 형성된 다수개의 베인; 및
상기 복수개의 연료 배출 홀 사이를 서로 간에 독립적으로 구획하기 위해 상기 연료 배출 홀 사이에 위치된 가이드 부를 포함하고,
상기 가이드 부에 혼합 가스의 이동 방향을 안내하는 보조 가이드 부가 구비되고, 상기 보조 가이드 부는 상기 가이드 부에 소정의 각도로 회전되도록 힌지 결합된 것을 특징으로 하는 스월러.