KR20190086264A - 진동 특성이 향상된 가스터빈용 연소기 노즐의 장착 구조 - Google Patents

Abstract

개시되는 발명은 연소기 노즐의 장착 구조에 관한 것으로서, 원주 방향을 따라 적어도 두 개 이상의 플랜지가 구비된 연소기 노즐;과, 상기 연소기 노즐이 삽입되는 마운팅 홀을 적어도 하나 이상 구비하는 연소기 버너 몸체;와, 상기 연소기 버너 몸체에 일단이 고정되고, 타단은 상기 연소기 노즐의 플랜지에 형성된 관통 홀을 통과하여 외부로 돌출된 볼트;와, 상기 볼트를 감싸도록 삽입되고, 상기 연소기 버너 몸체와 상기 플랜지에 대해 양단부가 접촉하여 탄성력을 가하는 스프링; 및 상기 플랜지의 관통 홀을 통과하여 돌출된 볼트의 타단에 나사결합하는 너트를 포함한다.

Description

진동 특성이 향상된 가스터빈용 연소기 노즐의 장착 구조{Mounting structure of gas turbine combustion nozzle for improving a vibration characteristics}

본 발명은 가스터빈용 연소기 노즐의 장착 구조에 관한 것으로서, 연소 진동이나 가스터빈의 구동 진동 등이 연소기 버너를 통해 연소기 노즐로 전달되는 경로의 중간에서 이 진동을 적절히 감쇠함으로써 연소기 노즐의 내구성과 수명을 증대할 수 있는 가스터빈용 연소기 노즐의 장착 구조에 관한 것이다.

가스터빈 엔진의 열역학적 사이클은 이상적으로는 브레이튼 사이클(Brayton cycle)을 따른다. 브레이튼 사이클은 등엔트로피 압축(단열 압축), 정압 급열, 등엔트로피 팽창(단열 팽창), 정압 방열의 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 대기중으로 방출한다. 즉, 압축, 가열, 팽창, 방열의 4 과정으로 사이클이 이루어지는 것이다.

위와 같은 브레이튼 사이클을 실현하기 위해, 가스터빈 엔진은 압축기와 연소기, 터빈을 포함한다. 압축기는 외부 공기를 흡입 및 압축하여 연소기로 공급하며, 연소기는 공급된 공기로 연료를 정압 연소하여 고온의 연소 가스를 만든다. 연소기에서 만들어진 고온의 연소 가스는 터빈으로 공급되어 단열 팽창을 통한 동력 발생으로 이용된다.

연소기는 압축기의 하류에 배치되며, 환형을 이루는 연소기 케이싱을 따라 복수 개의 버너가 배치된다. 각 버너에는 수 개의 연소기 노즐이 구비되며, 이 연소기 노즐에서 분사되는 연료가 공기와 적절한 비율로 혼합되어 연소에 적합한 상태를 이루게 된다.

가스터빈 엔진에는 가스 연료와 액체 연료, 또는 이들이 조합된 복합 연료가 사용될 수 있다. 일산화탄소와 질소산화물 등의 배출가스 양을 낮추기 위한 연소 환경을 만드는 것이 중요한데, 연소 제어가 상대적으로 어렵기는 하지만 연소온도를 낮추고 균일한 연소를 만들어 배출가스를 줄일 수 있다는 장점이 있어 근래에는 예혼합 연소(premixed combustion)가 많이 적용된다. 예혼합 연소의 경우에는 압축공기가 연소기 노즐에서 분사되는 연료와 혼합된 후 연소실 안으로 들어간다. 예혼합 가스의 최초 점화는 점화기를 이용하여 이루어지며, 이후 연소가 안정되면 연료와 공기를 공급하는 것으로 연소는 유지된다.

이처럼 연소기는 가스터빈 엔진에서 가장 고온 환경을 이루고 있고, 가스터빈 엔진의 구동 진동이 전달되는 것은 물론 연소 진동까지 발생하는 곳이기 때문에 진동과 고온에 대한 대책이 중요하다. 고온 환경에 대한 냉각 대책은 압축기에서 만들어진 고압의 공기를 이용하는 다양한 기술이 소개되어 있는 반면, 진동에 대한 대책은 상대적으로 미흡한 편이다. 이는 이제까지 연소기의 개발에 있어 주로 냉각 설계와 연소 제어 쪽으로 집중되어 왔기 때문이기도 하다. 특히, 연소기의 진동 설계시 이제까지는 연소기 노즐에 대한 진동 대책이 부족했는데, 연소기 노즐은 일종의 관형 구조체로서 공기와 연료가 지나는 복잡한 통로 구조로 인해 장기간 사용시 연소기 노즐에 가해지는 진동과 고온에 의한 재질의 열화 등이 복합적으로 작용하여 연소기 노즐의 성능과 내구성에 문제가 발생하는 일이 많다. 따라서, 연소기 노즐에 대한 진동 대책이 필요하다.

한국공개특허 제2017-0002124호 (2017.01.06 공개)

본 발명은 장기간 동안 진동이 가해지는 환경에서도 연소기 노즐의 성능과 내구성에 발생하는 문제를 감소할 수 있는 진동 대책을 마련하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 연소기 노즐의 장착 구조는, 원주 방향을 따라 적어도 두 개 이상의 플랜지가 구비된 연소기 노즐;과, 상기 연소기 노즐이 삽입되는 마운팅 홀을 적어도 하나 이상 구비하는 연소기 버너 몸체;와, 상기 연소기 버너 몸체에 일단이 고정되고, 타단은 상기 연소기 노즐의 플랜지에 형성된 관통 홀을 통과하여 외부로 돌출된 볼트;와, 상기 볼트를 감싸도록 삽입되고, 상기 연소기 버너 몸체와 상기 플랜지에 대해 양단부가 접촉하여 탄성력을 가하는 스프링; 및 상기 플랜지의 관통 홀을 통과하여 돌출된 볼트의 타단에 나사 결합하는 너트를 포함한다.

이에 따라, 상기 연소기 노즐은 상기 스프링의 탄성에 의해 상기 연소기 버너 몸체에 대해 탄력적으로 움직일 수 있게 된다.

그리고, 상기 너트의 조임 정도를 조정함으로써 상기 연소기 노즐의 진동 특성을 조절할 수 있다.

실시형태에 따라서는, 상기 스프링의 양단부가 상기 연소기 버너 몸체 및 상기 플랜지에 접촉하는 면에는 접시 형태의 플레이트가 개재될 수 있다.

그리고, 상기 볼트, 스프링 및 너트 중 적어도 상기 볼트와 스프링은 상기 연소기 버너 몸체에 형성된 장착 공간 안에 수용되는 것도 가능하다.

이때, 상기 장착 공간은 상기 마운팅 홀과는 격리되는 것이 바람직할 수 있다.

그리고, 상기 장착 공간의 입구 영역에는 상기 연소기 노즐의 플랜지를 수용하기 위한 절개부가 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 스프링은 압축 코일 스프링이며, 더 나아가 상기 코일 스프링은 외부 진동의 세기에 대한 상기 연소기 노즐의 진동 폭이 비선형적으로 변화하는 비선형 코일 스프링일 수도 있다.

상기 비선형 코일 스프링은 코니컬 코일 스프링이거나, 또는 배럴형 코일 스프링일 수 있다.

한편, 본 발명은 압축기에서 압축된 공기가 연료와 혼합되고 연소함으로써 팽창하는 고온의 연소 가스가 생성되는 연소기와, 상기 연소기에서 만들어진 상기 연소 가스를 공급받아 동력을 생산하는 터빈을 포함하는 가스터빈으로서, 원주 방향을 따라 적어도 두 개 이상의 플랜지가 구비된 연소기 노즐;과, 상기 연소기 노즐이 삽입되는 마운팅 홀을 적어도 하나 이상 구비하는 연소기 버너 몸체;와, 상기 연소기 버너 몸체에 일단이 고정되고, 타단은 상기 연소기 노즐의 플랜지에 형성된 관통 홀을 통과하여 외부로 돌출된 볼트;와 상기 볼트를 감싸도록 삽입되고, 상기 연소기 버너 몸체와 상기 플랜지에 대해 양단부가 접촉하여 탄성력을 가하는 스프링; 및 상기 플랜지의 관통 홀을 통과하여 돌출된 볼트의 타단에 나사결합하는 너트;를 포함하는 연소기를 구비하는 가스터빈을 제공한다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 연소기 노즐 장착구조는 연소기 버너 몸체에 대해 연소기 노즐이 일종의 플로팅 상태로 장착되어 있고, 중간에 개재된 스프링의 탄성이 연소기 노즐로 전달되는 진동과 충격을 감쇠함으로써 연소기 노즐의 성능 유지와 내구성을 향상시키게 된다.

그리고, 본 발명의 연소기 노즐 장착구조는 너트의 조임, 스프링의 특성 등을 조합하여 진동 주파수에 따른 연소기 노즐의 거동을 적절하게 설계할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 연소기 노즐의 장착 구조가 적용될 수 있는 가스터빈의 전체적인 구성을 도시한 도면.
도 2는 도 1의 가스터빈에서 연소기 부분을 확대 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 연소기 노즐의 장착 구조를 도시한 도면.
도 4는 도 3의 연소기 노즐 장착 구조에 대한 단면도.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다양한 실시형태를 도시한 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 실시형태를 설명함에 있어서 당업자라면 자명하게 이해할 수 있는 공지의 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 생략될 것이다. 또한 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부여할 것이며, 도면을 참조할 때에는 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등이 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있음을 고려하여야 한다.

그리고, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 개재되면서 간접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고도 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 연소기 노즐의 장착 구조가 적용될 수 있는 가스터빈(100)의 일반적인 구성을 보여준다. 이하에서는, 가스터빈(100)의 일반적인 구성에서부터 시작하여, 본 발명의 연소기 노즐 장착 구조에 대해 상세히 설명하기로 한다.

가스터빈(100)은 하우징(102)을 구비하고 있고, 상기 하우징(102)의 후측에는 터빈을 통과한 연소가스가 배출되는 디퓨저(106)가 구비되어 있다. 그리고, 상기 디퓨저(106)의 앞쪽으로 압축된 공기를 공급받아 연소시키는 연소기(104)가 배치된다.

공기의 흐름 방향을 기준으로 하여 설명하면, 상기 하우징(102)의 상류 측에 압축기 섹션(110)이 위치하고, 하류 측에 터빈 섹션(120)이 배치된다. 그리고, 상기 압축기 섹션(110)과 상기 터빈 섹션(120)의 사이에는 터빈 섹션(120)에서 발생된 회전토크를 압축기 섹션(110)으로 전달하는 토크 전달부재로서의 토크튜브(130)가 배치되어 있다.

압축기 섹션(110)에는 복수 개(예를 들어, 14매)의 압축기 로터 디스크(140)가 구비되고, 각각의 압축기 로터 디스크(140)들은 타이로드(150)에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결되어 있다.

구체적으로, 각각의 압축기 로터 디스크(140)는 대략 중앙을 타이로드(150)가 관통한 상태로서 축 방향을 따라서 서로 정렬되어 있다. 여기서, 이웃한 각각의 압축기 로더 디스크(140)는 대향하는 면이 타이로드(150)에 의해 압착되고, 이로써 상대 회전이 불가능하도록 배치된다.

압축기 로터 디스크(140)의 외주면에는 복수 개의 블레이드(144)가 방사상으로 결합되어 있다. 각각의 블레이드(144)는 루트부(146)를 구비하여 상기 압축기 로터 디스크(140)에 체결된다.

각각의 로터 디스크(140)의 사이에는 하우징(102)에 고정되어 배치되는 베인(미도시)이 위치한다. 상기 베인은 로터 디스크와는 달리 회전하지 않도록 고정되며, 압축기 로터 디스크의 블레이드를 통과한 압축 공기의 흐름을 정렬하여 하류 측에 위치하는 로터 디스크의 블레이드로 공기를 안내하는 역할을 하게 된다.

루트부(146)의 체결방식은 탄젠셜 타입(tangential type)과 액셜 타입(axial type)이 있으며, 이는 루트부(146)가 로터 디스크 상에 형성되는 방향을 기준으로 하여 분류한 것이다. 루트부(146)의 체결방식은 상용되는 가스터빈의 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 블레이드를 로터 디스크에 체결할 수 있다.

타이로드(150)는 복수 개의 압축기 로터 디스크(140)들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 일측 단부는 최상류 측에 위치한 압축기 로터 디스크 내에 체결되고, 타측 단부는 상기 토크튜브(130) 내에서 고정된다.

타이로드(150)의 형태는 가스터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도 1에 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.

연소기(104)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소가스를 만들어 내며, 등압 연소과정으로 연소기 및 터빈부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소가스온도를 높이게 된다.

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

구체적으로, 연소기 라이너(이하, 간략히 "라이너"라 함)는 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 결합하며, 측벽에는 점화플러그가 결합한다.

한편 라이너의 후단에는, 점화플러그에 의해 연소되는 연소가스를 터빈 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션 피스가 연결된다. 이러한 트랜지션 피스는, 연소가스의 높은 온도에 의한 파손이 방지되도록 외벽부가 압축기로부터 공급되는 압축공기에 의해 냉각된다.

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

그리고, 라이너의 환형공간에는 전술한 트랜지션 피스를 냉각시킨 냉각공기가 유동되며, 라이너의 외벽에는 플로우 슬리브의 외부에서 압축공기가 플로우 슬리부에 마련되는 냉각 홀들을 통해 냉각공기로 제공되어 충돌할 수 있다.

도 1에 도시된 가스터빈은 연소기(104)를 구성하는 버너가 복수 개 구비되어 하우징(102) 주변을 따라 환형으로 배치된다. 각각의 버너에 라이너와 트랜지션 피스가 한 조씩 연결되며, 트랜지션 피스의 하류 측 단부가 후술할 터빈 섹션(120)에 고정되어 고온 고압의 연소 가스를 전달한다.

한편, 상기 연소기에서 나온 고온, 고압의 연소가스는 터빈 섹션(120)으로 공급된다. 공급된 고온 고압의 연소 가스가 팽창하면서 터빈의 회전날개에 충돌, 반동력을 주어 회전 토크가 발생하고, 이렇게 얻어진 회전 토크는 전술한 토크 튜브를 거쳐 압축기 섹션으로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 유효 동력은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.

터빈 섹션은 기본적으로는 압축기 섹션의 구조와 유사하다. 즉, 상기 터빈 섹션(120)에도 압축기 섹션의 압축기 로터 디스크와 유사한 복수의 터빈 로터 디스크(180)가 구비된다. 따라서, 터빈 로터 디스크(180) 역시, 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 블레이드(184)를 포함한다. 상기 터빈 블레이드(184) 역시 도브테일 등의 방식으로 터빈 로터 디스크(180)에 결합할 수 있다. 아울러, 터빈 로터 디스크(180)의 블레이드(184)의 사이에도 하우징에 고정되는 베인(미도시)이 구비되어 있으며, 베인은 블레이드를 통과한 연소 가스의 흐름 방향을 가이드하게 된다.

그리고, 도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 연소기 노즐(300)의 장착 구조의 전체적인 구성을 도시하고 있다. 다만, 도 3 및 도 4는 연소기 노즐(300)과 연소기 버너의 구성을 간략하게 그 대체적인 형태만을 도시하고 있는데, 이는 본 발명이 연소기 버너에 대한 연소기 노즐(300)의 "장착 구조"에 관한 것이기 때문에, 본 발명의 설명에는 불필요한 주변의 구성을 상세히 도시 및 설명하는 것이 오히려 본 발명의 이해에 방해가 될 수도 있음을 고려한 것이고, 다른 한편으로는 본 발명의 기술적 특징에 대한 해석이 도시된 연소기 노즐(300)과 연소기 버너의 구성에만 적용되는 것으로 제한될 우려도 피하기 위한 것이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명은 연소기 버너의 몸체(400)에 대해 연소기 노즐(300)을 장착하는 구조로서, 종래와는 다르게 연소기 버너 몸체(400)에 대해 연소기 노즐(300)이 일종의 플로팅 상태로 장착되는 것을 특징으로 한다. 즉, 종래에는 연소기 노즐(300)이 연소기 버너의 몸체(400)에 흔들림이 없게 한 몸처럼 단단히 고정되는 구조로 장착되어 왔던 반면, 본 발명은 연소기 노즐(300)이 연소기 버너 몸체(400)에 대해 탄력적인 상대운동이 가능하도록 장착되는 구조를 이루고 있다는 점에 차이가 있다.

이하, 상기와 같은 특징을 가진 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

연속기 버너의 몸체(400)에는 연소기 노즐(300)이 삽입되는 마운팅 홀(410)이 적어도 하나 이상 구비되어 있다. 대형 가스터빈의 연소기에서는, 각각의 버너에 4∼10개 정도의 연소기 노즐(300)이 구비되기도 한다. 마운팅 홀(410)의 지름은 대략 연소기 노즐(300)의 외경에 대응하며, 연소기 노즐(300)과의 경계면에는 오-링(460)과 같은 각종 실링 수단이 배치되어 연소실로부터의 연소 가스 역류를 방지하기도 한다.

그리고, 마운팅 홀(410)에 삽입, 장착되는 연소기 노즐(300)은 그 원주 방향을 따라 적어도 두 개 이상의 플랜지(310)가 구비된다. 플랜지(310)는 연소기 노즐(300)을 연속기 버너의 몸체(400)에 대해 고정하기 위한 일종의 브래킷에 해당하는 부분이며, 연소기 노즐(300)의 반경방향으로 돌출되어 있다. 플랜지(310)는 연소기 노즐(300)을 고정하는 힘이 작용하는 곳이기 때문에, 힘의 균형 및 이를 통한 기밀 유지를 고려하여 복수 개의 플랜지(310)가 원주방향을 따라 등각도로 배치되는 것이 바람직하다.

여기서, 연소기 노즐(300)과 연속기 버너의 몸체(400) 사이의 연결 내지 결합은 볼트(430)와 너트(450), 그리고 스프링(440)의 조합을 통해 이루어진다.

볼트(430)는 연소기 버너 몸체(400)에 그 일단이 고정되는 한편, 타단은 연소기 노즐(300)의 플랜지(310)에 형성된 관통 홀(312)을 통과하여 외부로 돌출되어 있다. 실시형태에 따라서는, 볼트(430)가 스터드 볼트로 구성되어, 상기 일단이 연소기 버너 몸체(400) 안에 매립되어 있을 수 있다. 연소기 노즐(300)을 장착할 때에는, 플랜지(310)의 관통 홀(312)을 볼트(430)의 타단에 맞추어 연소기 버너 몸체(400)의 마운팅 홀(410)에 삽입하면 된다.

여기서, 연소기 버너 몸체(400)와 플랜지(310)에 대해 양단부가 접촉하여 탄성력을 가하는 스프링(440)이 개재되는데, 도 3 및 도 4에 도시된 것과 같이 스프링(440)은 볼트(430)를 감싸도록 배치된다. 이러한 구조를 보면, 상기 볼트(430)는 연소기 노즐(300)의 이동 내지 진동운동을 유도하는 가이드의 역할을 하는 동시에 스프링(440)의 좌굴(挫屈)을 방지하는 지지대의 역할을 하는 것으로 이해할 수 있다.

그리고, 플랜지(310)의 관통 홀(312)을 통과하여 돌출된 볼트(430)의 타단에는 너트(450)가 나사결합한다. 너트(450)를 조이면 조일수록 플랜지(310)가 스프링(440)을 누르는 힘이 강해지므로, 너트(450)의 조임 정도에 따라 스프링(440)에 가해지는 예하중(프리로드)을 조정할 수 있다. 도 3 및 도 4에 명확히 도시된 것처럼, 연소기 노즐(300)은 스프링(440)의 탄성으로 받쳐져 있는 플로팅(floating) 구조로 연소기 버너 몸체(400)에 장착되어 있기 때문에, 연소기 노즐(300)은 연소기 버너 몸체(400)에 대해 탄력적으로 움직일 수 있다. 다시 말해, 연소기 버너 몸체(400)를 통해 연소기 노즐(300)로 전달되는 각종 진동은 스프링(440)에 의해 감쇠되기 때문에 연소기 노즐(300)을 진동으로부터 보호할 수 있게 된다. 또한, 너트(450)의 조임 정도에 따라 스프링(440)의 예하중을 변경할 수 있기 때문에, 너트(450)의 조임 정도를 조정함으로써 연소기 노즐(300)의 진동 특성을 조절하는 것도 가능하다.

실시형태에 따라서는, 도 4에 도시된 것처럼, 스프링(440)의 양단부가 연소기 버너 몸체(400) 및 플랜지(310)에 접촉하는 면에 접시 형태의 플레이트(442)를 개재함으로써 스프링(440)이 안정적으로 작동할 수 있게 구성할 수도 있다.

그리고, 볼트(430)와 스프링(440) 등의 탄성 지지구조는 연소기 버너 몸체(400) 바깥으로 완전히 노출되어 있는 것도 가능하지만, 도면에 도시된 것처럼 탄성 지지구조의 일부, 예를 들어 볼트(430), 스프링(440) 및 너트(450) 중 적어도 볼트(430)와 스프링(440)이 연소기 버너 몸체(400)에 형성된 장착 공간(420) 안에 수용되도록 구성하는 것도 가능하다. 장착 공간(420)은 탄성 지지구조가 들어갈 수 있는 공간을 연소기 버너 몸체(400) 안쪽으로 오목하게 형성한 것인데, 탄성 지지구조를 연소기 버너 몸체(400) 안에 매립하면 먼지나 오일 등의 각종 이물질에 의한 오염 문제를 줄일 수 있고, 아울러 연소기 노즐(300)의 길이를 키우지 않아도 된다는 이점이 있다.

그리고, 장착 공간(420)을 형성할 때에는 구조적으로 장착 공간(420)과 마운팅 홀(410)이 서로 격리되어 있는, 다시 말해 도 4와 같이 장착 공간(420)과 마운팅 홀(410) 사이에 벽면이 있는 것이 좋을 수 있다. 이는 연소실과 연결된 마운팅 홀(410)에 대해 장착 공간(420)을 격리하는 것이 기밀 구조상 유리하고, 또한 장착 공간(420)과 마운팅 홀(410) 사이를 가로막는 벽면을 오-링(460)과 같은 실링 수단을 설치하는 구조물로 이용할 수도 있기 때문이다.

너트(450)는 외부로 노출시켜도 큰 무리는 없으며, 너트(450)의 조임을 조절하는 데 불편하지만 않다면 연소기 버너 몸체(400) 안에 매립하는 것도 바람직할 수 있다. 그리고, 볼트(430)와 스프링(440)이 거의 노출되지 않도록 하려면 연소기 노즐(300)의 플랜지(310)도 연소기 버너 몸체(400) 안쪽으로 들어가서 일종의 덮개 역할을 하도록 만드는 것이 필요할 수 있다. 이럴 경우에는, 도 4와 같이, 장착 공간(420)의 입구 영역에 연소기 노즐(300)의 플랜지(310)를 수용하기 위한 절개부(422)를 형성한다. 절개부(422)는 적절한 깊이로 형성되어 연소기 노즐(300)의 진동에 따라 플랜지(310)가 움직일 때 간섭이 발생하지 않도록 하는 것이 일반적인데, 반대로 절개부(422)의 깊이를 적절히 선정하면 일종의 스토퍼 역할을 하도록 만드는 것도 가능하다.

한편, 도시된 구조에 있어서는, 상기 스프링(440)은 압축 스프링이 적합하며, 특히 볼트(430)를 감싸도록 배치되는 압축 코일 스프링이 적용될 수 있다. 여기서, 상기 코일 스프링은 외부 진동의 세기에 대한 연소기 노즐(300)의 진동 폭이 비선형적으로 변화하는 비선형 코일 스프링을 적용할 수 있다. 통상적인 코일 스프링은 외력의 세기에 대한 스프링의 변위가 비례하는데, 비선형 코일 스프링은 이 관계가 비례하지 않는다. 예컨대, 비선형 코일 스프링은 진동수가 낮은 진동에 대해서는 부드럽고 크게 움직이지만, 진동수가 높을 때에는 반대로 조금만 움직이는 특성을 가질 수 있다. 따라서, 비선형 코일 스프링을 적용하면 진동 주파수에 따른 연소기 노즐(300)의 거동을 적절하게 설계할 수 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명에 비선형 코일 스프링이 적용된 실시형태를 도시하는데, 도 5는 원추형으로 생긴 코니컬 코일 스프링(440-1)이 적용된 예이고, 도 6은 술통 형태로 생긴 배럴형 코일 스프링(440-2)이 적용된 예이다. 비선형 코일 스프링은 이 외에도 다양한 종류가 있으므로, 도 5 및 도 6은 실시가능한 몇몇 예로서 이해되어야 할 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

300: 연소기 노즐 310: 플랜지
312: 관통 홀 400: 연소기 버너 몸체
410: 마운팅 홀 420: 장착 공간
422: 절개부 430: 볼트
440: 스프링
440-1: 코니컬 코일 스프링
440-2: 배럴형 코일 스프링
442: 접시 형태 플레이트 450: 너트

Claims (20)

1. 원주 방향을 따라 적어도 두 개 이상의 플랜지가 구비된 연소기 노즐;
   상기 연소기 노즐이 삽입되는 마운팅 홀을 적어도 하나 이상 구비하는 연소기 버너 몸체;
   상기 연소기 버너 몸체에 일단이 고정되고, 타단은 상기 연소기 노즐의 플랜지에 형성된 관통 홀을 통과하여 외부로 돌출된 볼트;
   상기 볼트를 감싸도록 삽입되고, 상기 연소기 버너 몸체와 상기 플랜지에 대해 양단부가 접촉하여 탄성력을 가하는 스프링; 및
   상기 플랜지의 관통 홀을 통과하여 돌출된 볼트의 타단에 나사 결합하는 너트;
   를 포함하는 연소기 노즐의 장착 구조.
2. 제1항에 있어서,
   상기 연소기 노즐은 상기 스프링의 탄성에 의해 상기 연소기 버너 몸체에 대해 탄력적으로 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는 연소기 노즐의 장착 구조.
3. 제2항에 있어서,
   상기 너트의 조임 정도를 조정하여 상기 연소기 노즐의 진동 특성을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 연소기 노즐의 장착 구조.
4. 제1항에 있어서,
   상기 스프링의 양단부가 상기 연소기 버너 몸체 및 상기 플랜지에 접촉하는 면에는 접시 형태의 플레이트가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 연소기 노즐의 장착 구조.
5. 제1항에 있어서,
   상기 볼트, 스프링 및 너트 중 적어도 상기 볼트와 스프링은 상기 연소기 버너 몸체에 형성된 장착 공간 안에 수용되는 것을 특징으로 하는 연소기 노즐의 장착 구조.
6. 제5항에 있어서,
   상기 장착 공간이 상기 마운팅 홀과는 격리되어 있는 것을 특징으로 하는 연소기 노즐의 장착 구조.
7. 제6항에 있어서,
   상기 장착 공간의 입구 영역에는 상기 연소기 노즐의 플랜지를 수용하기 위한 절개부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연소기 노즐의 장착 구조.
8. 제1항에 있어서,
   상기 스프링은 압축 코일 스프링인 것을 특징으로 하는 연소기 노즐의 장착 구조.
9. 제8항에 있어서,
   상기 코일 스프링은 외부 진동의 세기에 대한 상기 연소기 노즐의 진동 폭이 비선형적으로 변화하는 비선형 코일 스프링인 것을 특징으로 하는 연소기 노즐의 장착 구조.
10. 제9항에 있어서,
    상기 비선형 코일 스프링은 코니컬 코일 스프링이거나, 또는 배럴형 코일 스프링인 것을 특징으로 하는 연소기 노즐의 장착 구조.
11. 압축기에서 압축된 공기가 연료와 혼합되고 연소함으로써 팽창하는 고온의 연소 가스가 생성되는 연소기와, 상기 연소기에서 만들어진 상기 연소 가스를 공급받아 동력을 생산하는 터빈을 포함하는 가스터빈에 있어서,
    상기 연소기는,
    원주 방향을 따라 적어도 두 개 이상의 플랜지가 구비된 연소기 노즐;
    상기 연소기 노즐이 삽입되는 마운팅 홀을 적어도 하나 이상 구비하는 연소기 버너 몸체;
    상기 연소기 버너 몸체에 일단이 고정되고, 타단은 상기 연소기 노즐의 플랜지에 형성된 관통 홀을 통과하여 외부로 돌출된 볼트;
    상기 볼트를 감싸도록 삽입되고, 상기 연소기 버너 몸체와 상기 플랜지에 대해 양단부가 접촉하여 탄성력을 가하는 스프링; 및
    상기 플랜지의 관통 홀을 통과하여 돌출된 볼트의 타단에 나사 결합하는 너트;
    를 포함하는 가스터빈.
12. 제11항에 있어서,
    상기 연소기 노즐은 상기 스프링의 탄성에 의해 상기 연소기 버너 몸체에 대해 탄력적으로 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
13. 제12항에 있어서,
    상기 너트의 조임 정도를 조정하여 상기 연소기 노즐의 진동 특성을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
14. 제11항에 있어서,
    상기 스프링의 양단부가 상기 연소기 버너 몸체 및 상기 플랜지에 접촉하는 면에는 접시 형태의 플레이트가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
15. 제11항에 있어서,
    상기 볼트, 스프링 및 너트 중 적어도 상기 볼트와 스프링은 상기 연소기 버너 몸체에 형성된 장착 공간 안에 수용되는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
16. 제15항에 있어서,
    상기 장착 공간이 상기 마운팅 홀과는 격리되어 있는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
17. 제16항에 있어서,
    상기 장착 공간의 입구 영역에는 상기 연소기 노즐의 플랜지를 수용하기 위한 절개부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
18. 제11항에 있어서,
    상기 스프링은 압축 코일 스프링인 것을 특징으로 하는 가스터빈.
19. 제18항에 있어서,
    상기 코일 스프링은 외부 진동의 세기에 대한 상기 연소기 노즐의 진동 폭이 비선형적으로 변화하는 비선형 코일 스프링인 것을 특징으로 하는 가스터빈.
20. 제19항에 있어서,
    상기 비선형 코일 스프링은 코니컬 코일 스프링이거나, 또는 배럴형 코일 스프링인 것을 특징으로 하는 가스터빈.

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