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KR102021129B1 - Fuel nozzle, combustor and gas turbine having the same - Google Patents

Fuel nozzle, combustor and gas turbine having the same Download PDF

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KR102021129B1
KR102021129B1 KR1020170144195A KR20170144195A KR102021129B1 KR 102021129 B1 KR102021129 B1 KR 102021129B1 KR 1020170144195 A KR1020170144195 A KR 1020170144195A KR 20170144195 A KR20170144195 A KR 20170144195A KR 102021129 B1 KR102021129 B1 KR 102021129B1
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South Korea
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injection
fuel
injection cylinder
injection hole
fuel fluid
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이종화
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두산중공업 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 연료 노즐은, 일 방향으로 연장 형성되어 연소실에 연료 유체를 공급하는 주입 실린더; 및 주입 실린더 중간의 외주면에 방사형으로 배열되는 복수개의 스월러;를 포함한다. 복수개의 스월러 각각은, 주입 실린더의 내부와 연통하는 유로를 구비한 스월러 몸체 및 유로로 유입된 연료 유체를 외부로 분사하는 복수개의 분사구를 포함한다. 분사구 중 적어도 하나는, 내부에서 외부까지 구경이 상이하게 변하도록 형성된다.
본 발명의 실시예들에 따르면 일측면은 연소실로 유입되는 연료 및 공기를 원활하게 혼합하여, 안정적으로 연소하고 질소산화물(NOx)과 같은 배출물의 생성을 저감할 수 있다.Fuel nozzle according to an embodiment of the present invention, the injection cylinder is formed extending in one direction for supplying a fuel fluid to the combustion chamber; And a plurality of swirlers arranged radially on the outer circumferential surface of the middle of the injection cylinder. Each of the plurality of swirlers includes a swirler body having a flow passage communicating with the inside of the injection cylinder, and a plurality of injection holes for injecting fuel fluid introduced into the flow passage to the outside. At least one of the injection holes is formed so that the diameter varies from the inside to the outside.
According to embodiments of the present invention, one side may smoothly mix fuel and air introduced into the combustion chamber, thereby stably burning and reducing generation of emissions such as nitrogen oxides (NOx).

Description

연료 노즐, 이를 포함하는 연소기 및 가스 터빈{FUEL NOZZLE, COMBUSTOR AND GAS TURBINE HAVING THE SAME}FUEL NOZZLE, COMBUSTOR AND GAS TURBINE HAVING THE SAME}

본 발명은 연료 노즐, 이를 포함하는 연소기 및 가스 터빈에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel nozzle, a combustor and a gas turbine comprising the same.

가스 터빈은 압축기에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소시키고, 연소로 발생된 고온의 가스로 터빈을 회전시키는 동력 기관이다. 가스 터빈은 발전기, 항공기, 선박, 기차 등을 구동하는데 사용된다. The gas turbine is a power engine that mixes and burns compressed air and fuel compressed in a compressor, and rotates the turbine with hot gas generated by combustion. Gas turbines are used to drive generators, aircraft, ships and trains.

일반적으로 가스 터빈은 압축기, 연소기 및 터빈을 포함한다. 압축기는 외부 공기를 흡입하여 압축한 후 연소기로 전달한다. 압축기에서 압축된 공기는 고압 및 고온의 상태가 된다. 연소기는 압축기에서 유입된 압축 공기와 연료를 혼합해서 연소시킨다. 연소로 인해 발생된 연소 가스는 터빈으로 배출된다. 연소 가스에 의해 터빈 내부의 터빈 블레이드가 회전하게 되며, 이를 통해 동력이 발생된다. 발생된 동력은 발전, 기계 장치의 구동 등 다양한 분야에 사용된다.Gas turbines generally include compressors, combustors, and turbines. The compressor sucks and compresses the outside air and delivers it to the combustor. The compressed air in the compressor is at high pressure and high temperature. The combustor mixes and combusts compressed air and fuel introduced from the compressor. The combustion gases generated by the combustion are discharged to the turbine. The combustion gas causes the turbine blades inside the turbine to rotate, thereby generating power. The generated power is used in various fields such as power generation and driving of mechanical devices.

대한민국 공개특허 10-2006-0096319호 (명칭 : 캔형 연소기)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2006-0096319 (Name: Can type combustor)

본 발명의 일측면은 연소실로 유입되는 연료 및 공기가 원활하게 혼합될 수 있는 연료 노즐, 이를 포함하는 연소기 및 가스 터빈을 제공하는 것이다.One aspect of the present invention is to provide a fuel nozzle, a combustor and a gas turbine including the same that can be smoothly mixed with fuel and air flowing into the combustion chamber.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료 노즐은, 일 방향으로 연장 형성되어 연소실에 연료 유체를 공급하는 주입 실린더; 및 주입 실린더 중간의 외주면에 방사형으로 배열되는 복수개의 스월러;를 포함한다. 스월러는, 주입 실린더의 내부와 연통하는 유로를 구비한 스월러 몸체 및 유로로 유입된 연료 유체를 외부로 분사하는 복수개의 분사구를 포함한다. 분사구 중 적어도 하나는, 내부에서 외부까지 구경이 상이하게 변하도록 형성된다.Fuel nozzle according to an embodiment of the present invention, the injection cylinder is formed extending in one direction for supplying a fuel fluid to the combustion chamber; And a plurality of swirlers arranged radially on the outer circumferential surface of the middle of the injection cylinder. The swirler includes a swirler body having a flow passage communicating with the inside of the injection cylinder, and a plurality of injection holes for injecting fuel fluid introduced into the flow passage to the outside. At least one of the injection holes is formed so that the diameter varies from the inside to the outside.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료 노즐에 있어서, 분사구는 내부에서 외부로 갈수록 구경이 증가하도록 형성될 수 있다. In the fuel nozzle according to an embodiment of the present invention, the injection hole may be formed so that the aperture increases from the inside to the outside.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료 노즐에 있어서, 분사구는 내부에서 외부로 갈수록 구경이 감소하도록 형성될 수 있다.In the fuel nozzle according to an embodiment of the present invention, the injection hole may be formed so that the aperture decreases from the inside to the outside.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료 노즐에 있어서, 분사구는, 내부에서 외부로 갈수록 감소하다가 증가하도록 형성될 수 있다.In the fuel nozzle according to the exemplary embodiment of the present invention, the injection hole may be formed to decrease and increase from inside to outside.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료 노즐에 있어서, 복수개의 분사구는 주입 실린더의 연장 방향과 교차하는 방향으로 배열되며, 스월러 몸체의 중심선을 기준으로, 주입 실린더에서 가까운 영역에 형성되는 내측 분사구는 내부에서 외부로 갈수록 구경이 증가하도록 형성되고, 주입 실린더에서 먼 영역에 형성되는 외측 분사구는 내부에서 외부로 갈수록 구경이 감소하도록 형성될 수 있다.In the fuel nozzle according to an embodiment of the present invention, the plurality of injection holes are arranged in a direction crossing the extending direction of the injection cylinder, the inner injection hole is formed in a region close to the injection cylinder, based on the center line of the swirler body The aperture is formed to increase from the inside to the outside, and the outer injection hole formed in the region far from the injection cylinder may be formed to decrease the aperture from the inside to the outside.

본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 노즐은, 일 방향으로 연장 형성되어 연소실에 연료 유체를 공급하는 주입 실린더; 및 주입 실린더 중간의 외주면에 방사형으로 배열되는 복수개의 스월러;를 포함한다. 복수개의 스월러 각각은, 주입 실린더의 내부와 연통하는 유로를 구비한 스월러 몸체 및 주입 실린더의 연장 방향과 교차하는 방향으로 배열되며, 유로로 유입된 연료 유체를 외부로 분사하는 복수개의 분사구를 포함한다. 분사구는, 스월러 몸체의 중심선을 기준으로, 주입 실린더에서 가까운 영역에 형성되는 내측 분사구와, 주입 실린더에서 먼 영역에 형성되는 분사구로 구분되며, 내측 분사구 및 외측 분사구는 서로 연료 유체의 분사 형상 또는 분사 속도가 상이하도록 형성된다.According to another embodiment of the present invention, a fuel nozzle includes: an injection cylinder extending in one direction and supplying a fuel fluid to a combustion chamber; And a plurality of swirlers arranged radially on the outer circumferential surface of the middle of the injection cylinder. Each of the plurality of swirlers is arranged in a direction crossing the extending direction of the swirler body and the injection cylinder having a flow passage communicating with the inside of the injection cylinder, and the plurality of injection holes for injecting the fuel fluid introduced into the flow passage to the outside. Include. The injection hole is divided into an inner injection hole formed in an area close to the injection cylinder and an injection hole formed in an area far from the injection cylinder, based on the centerline of the swirler body, and the inner injection hole and the outer injection hole are formed by the injection shape of the fuel fluid, or The injection speed is formed to be different.

본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 노즐에 있어서, 내측 분사구는 외측 분사구보다 연료 유체가 넓게 펴져 분사될 수 있다.In the fuel nozzle according to another embodiment of the present invention, the inner injection hole may be injected by spreading the fuel fluid wider than the outer injection hole.

본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 노즐에 있어서, 외측 분사구는 내측 분사구보다 연료 유체의 분사 속도가 빠르게 분사될 수 있다.In the fuel nozzle according to another embodiment of the present invention, the outer injection hole may be injected faster than the injection speed of the fuel fluid.

본 발명의 일 실시예에 따른 연소기는, 연료 유체가 연소하는 연소실을 포함하는 연소실 조립체; 연소실로 연료 유체를 분사하는 복수개의 연료 노즐을 포함하는 연료 노즐 조립체;를 포함한다. 연료 노즐은, 일 방향으로 연장 형성되어 연소실에 연료 유체를 공급하는 주입 실린더; 및 주입 실린더 중간의 외주면에 방사형으로 배열되는 복수개의 스월러;를 포함한다. 복수개의 스월러 각각은, 주입 실린더의 내부와 연통하는 유로를 구비한 스월러 몸체 및 유로로 유입된 연료 유체를 외부로 분사하는 복수개의 분사구를 포함하고, 분사구 중 적어도 하나는, 내부에서 외부까지 구경이 상이하게 변하도록 형성된다.A combustor according to an embodiment of the present invention includes a combustion chamber assembly including a combustion chamber in which fuel fluid is combusted; And a fuel nozzle assembly including a plurality of fuel nozzles for injecting fuel fluid into the combustion chamber. The fuel nozzle may include an injection cylinder extending in one direction to supply fuel fluid to the combustion chamber; And a plurality of swirlers arranged radially on the outer circumferential surface of the middle of the injection cylinder. Each of the plurality of swirlers includes a swirler body having a flow passage communicating with the inside of the injection cylinder, and a plurality of injection holes for injecting fuel fluid introduced into the flow path to the outside, wherein at least one of the injection holes is from inside to outside. The apertures are formed to change differently.

본 발명의 일 실시예에 따른 연소기에 있어서, 분사구는 내부에서 외부로 갈수록 구경이 증가하도록 형성될 수 있다.In the combustor according to an embodiment of the present invention, the injection hole may be formed to increase the aperture from the inside to the outside.

본 발명의 일 실시예에 따른 연소기에 있어서, 분사구는 내부에서 외부로 갈수록 구경이 감소하도록 형성될 수 있다.In the combustor according to an embodiment of the present invention, the injection hole may be formed to reduce the aperture from the inside to the outside.

본 발명의 일 실시예에 따른 연소기에 있어서, 복수개의 분사구는 주입 실린더의 연장 방향과 교차하는 방향으로 배열되며, 스월러 몸체의 중심선을 기준으로, 주입 실린더에서 가까운 영역에 형성되는 내측 분사구는 내부에서 외부로 갈수록 구경이 감소하도록 형성되고, 주입 실린더에서 먼 영역에 형성되는 외측 분사구는 내부에서 외부로 갈수록 구경이 감소하도록 형성될 수 있다. In the combustor according to an embodiment of the present invention, the plurality of injection holes are arranged in a direction intersecting with the extending direction of the injection cylinder, and the inner injection holes formed in a region close to the injection cylinder, based on the centerline of the swirler body, are internal The outer injection hole formed in the area far from the injection cylinder may be formed so as to decrease in diameter from the inside to the outside.

본 발명의 다른 실시예에 따른 연소기는, 연료 유체가 연소하는 연소실을 포함하는 연소실 조립체; 및 연소실로 연료 유체를 분사하는 복수개의 연료 노즐을 포함하는 연료 노즐 조립체;를 포함한다. 연료 노즐은, 일 방향으로 연장 형성되어 연소실에 연료 유체를 공급하는 주입 실린더; 주입 실린더 중간의 외주면에 방사형으로 배열되는 복수개의 스월러;를 포함한다. 복수개의 스월러 각각은, 주입 실린더의 내부와 연통하는 유로를 구비한 스월러 몸체 및 주입 실린더의 연장 방향과 교차하는 방향으로 배열되며, 유로로 유입된 연료 유체를 외부로 분사하는 복수개의 분사구를 포함한다. 분사구는, 스월러 몸체의 중심선을 기준으로, 주입 실린더에서 가까운 영역에 형성되는 내측 분사구와, 주입 실린더에서 먼 영역에 형성되는 분사구로 구분되며, 내측 분사구 및 외측 분사구는 서로 연료 유체의 분사 형상 또는 분사 속도가 상이하도록 형성된다.A combustor according to another embodiment of the present invention includes a combustion chamber assembly including a combustion chamber in which fuel fluid is combusted; And a fuel nozzle assembly comprising a plurality of fuel nozzles for injecting fuel fluid into the combustion chamber. The fuel nozzle may include an injection cylinder extending in one direction to supply fuel fluid to the combustion chamber; And a plurality of swirlers radially arranged on an outer circumferential surface of the middle of the injection cylinder. Each of the plurality of swirlers is arranged in a direction crossing the extending direction of the swirler body and the injection cylinder having a flow passage communicating with the inside of the injection cylinder, and the plurality of injection holes for injecting the fuel fluid introduced into the flow passage to the outside. Include. The injection hole is divided into an inner injection hole formed in an area close to the injection cylinder and an injection hole formed in an area far from the injection cylinder, based on the center line of the swirler body, and the inner injection hole and the outer injection hole are formed in the shape of the injection of the fuel fluid, or The injection speed is formed to be different.

본 발명의 다른 실시예에 따른 연소기에 있어서, 내측 분사구는 외측 분사구보다 연료 유체가 넓게 펴져 분사될 수 있다.In the combustor according to another embodiment of the present invention, the inner injection hole may be injected by spreading the fuel fluid wider than the outer injection hole.

본 발명의 다른 실시예에 따른 연소기에 있어서, 외측 분사구는 내측 분사구보다 연료 유체의 분사 속도가 빠르게 분사될 수 있다. In the combustor according to another embodiment of the present invention, the outer injection hole may be injected faster than the injection speed of the fuel fluid.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈은, 유입되는 공기를 압축하는 압축기; 압축기에서 압축된 공기와 연료를 혼합하여 연소시키는 연소기; 및 연소기에서 연소된 가스로 동력을 발생시키는 터빈;을 포함한다. 연소기는, 연료 유체가 연소하는 연소실을 포함하는 연소실 조립체; 연소실로 연료 유체를 분사하는 복수개의 연료 노즐을 포함하는 연료 노즐 조립체;를 포함한다. 연료 노즐은, 일 방향으로 연장 형성되어 연소실에 연료 유체를 공급하는 주입 실린더; 주입 실린더 중간의 외주면에 방사형으로 배열되는 복수개의 스월러;를 포함한다. 복수개의 스월러 각각은, 주입 실린더의 내부와 연통하는 유로를 구비한 스월러 몸체 및 주입 실린더의 연장 방향과 교차하는 방향으로 배열되며, 유로로 유입된 연료 유체를 외부로 분사하는 복수개의 분사구를 포함한다. 분사구는, 스월러 몸체의 중심선을 기준으로, 주입 실린더에서 가까운 영역에 형성되는 내측 분사구와, 주입 실린더에서 먼 영역에 형성되는 분사구로 구분되며, 내측 분사구 및 외측 분사구는 서로 연료 유체의 분사 형상 또는 분사 속도가 상이하도록 형성된다. Gas turbine according to an embodiment of the present invention, a compressor for compressing the incoming air; A combustor for mixing and combusting compressed air and fuel in a compressor; And a turbine for generating power from the gas combusted in the combustor. The combustor may include a combustion chamber assembly including a combustion chamber in which fuel fluid combusts; And a fuel nozzle assembly including a plurality of fuel nozzles for injecting fuel fluid into the combustion chamber. The fuel nozzle may include an injection cylinder extending in one direction to supply fuel fluid to the combustion chamber; And a plurality of swirlers radially arranged on an outer circumferential surface of the middle of the injection cylinder. Each of the plurality of swirlers is arranged in a direction crossing the extending direction of the swirler body and the injection cylinder having a flow passage communicating with the inside of the injection cylinder, and the plurality of injection holes for injecting the fuel fluid introduced into the flow passage to the outside. Include. The injection hole is divided into an inner injection hole formed in an area close to the injection cylinder and an injection hole formed in an area far from the injection cylinder, based on the center line of the swirler body, and the inner injection hole and the outer injection hole are formed in the shape of the injection of the fuel fluid, or The injection speed is formed to be different.

본 발명의 실시예들에 따르면 일측면은 연소실로 유입되는 연료 및 공기를 원활하게 혼합하여, 안정적으로 연소하고 질소산화물(NOx)과 같은 배출물의 생성을 저감할 수 있다.According to embodiments of the present invention, one side may smoothly mix fuel and air introduced into the combustion chamber, thereby stably burning and reducing generation of emissions such as nitrogen oxides (NOx).

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부가 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연소기가 도시된 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 노즐을 포함하는 연료 노즐 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 노즐을 나타내는 사시도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 노즐에서 다양한 분사구의 변형예를 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 노즐에서 스월러를 확대해서 나타내는 확대도이다.1 is a view showing the inside of a gas turbine according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a combustor according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view illustrating a fuel nozzle module including a fuel nozzle according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view illustrating a fuel nozzle according to an embodiment of the present invention.
5 to 7 are perspective views showing modifications of various injection holes in the fuel nozzle according to an embodiment of the present invention.
8 is an enlarged view illustrating the swirler in an enlarged form in the fuel nozzle according to the exemplary embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 연료 노즐, 이를 포함하는 연소기 및 가스 터빈에 관하여 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, a fuel nozzle, a combustor and a gas turbine including the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you. Like numbers refer to like elements in the figures.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, “~상에”라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. In addition, throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it may further include other components, except to exclude other components unless specifically stated otherwise. In addition, throughout the specification, "on" means to be located above or below the target portion, and does not necessarily mean to be located above the gravity direction.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연소기를 나타내는 도면이다. 또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 노즐을 포함하는 연료 노즐 모듈을 나타내는 사시도이다.1 is a view showing the interior of a gas turbine according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a view showing a combustor according to an embodiment of the present invention. 3 is a perspective view illustrating a fuel nozzle module including a fuel nozzle according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈은 유입되는 공기를 고압으로 압축하는 압축기(10), 압축기에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소하는 연소기(20) 및 연소기에서 발생한 연소 가스로 회전력을 발생시키는 터빈(30)을 포함한다. 본 명세서에서는 연료 또는 공기 흐름의 선후를 기준으로 상류 및 하류를 규정하도록 한다.1 to 3, the gas turbine according to an embodiment of the present invention is a compressor 10 for compressing the incoming air to a high pressure, a combustor 20 for mixing and burning the compressed air and fuel compressed in the compressor And a turbine 30 generating a rotational force with the combustion gas generated in the combustor. In this specification, the upstream and downstream of the fuel or air flow is defined.

가스 터빈의 열역학적 사이클은 이상적으로는 브레이튼 사이클(Brayton cycle)을 따를 수 있다. 브레이튼 사이클은 등엔트로피 압축(단열 압축), 정압 급열, 등엔트로피 팽창(단열 팽창), 정압 방열로 이어지는 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 대기 중으로 방출한다. 즉, 압축, 가열, 팽창, 방열의 4 과정으로 사이클이 이루어진다. 본 발명의 설명은 도 1에 예시적으로 도시된 가스 터빈(1000)과 동등한 구성을 가진 터빈 기관에 대해서도 폭넓게 적용될 수 있다.The thermodynamic cycle of the gas turbine can ideally follow the Brayton cycle. The Brayton cycle consists of four processes: isotropic compression (thermal insulation compression), static pressure quenching, isotropic expansion (thermal insulation expansion), and constant pressure heat dissipation. That is, the air is inhaled and compressed to high pressure, and the fuel is combusted in a constant pressure environment to release thermal energy. The high-temperature combustion gas is expanded and converted into kinetic energy, and the exhaust gas containing residual energy is released into the atmosphere. . That is, the cycle consists of four processes: compression, heating, expansion, and heat dissipation. The description of the present invention can be widely applied to a turbine engine having a configuration equivalent to that of the gas turbine 1000 illustrated by way of example in FIG. 1.

가스 터빈의 압축기(10)는 공기를 흡입하여 압축하는 역할을 하는 부분으로서, 연소기(20)에 연소용 공기를 공급하는 한편 가스 터빈에서 냉각이 필요한 고온 영역에 냉각용 공기를 공급하는 역할을 한다. 흡입된 공기는 압축기(10)에서 단열압축 과정을 거치게 되므로, 압축기(10)를 통과하는 공기의 압력과 온도는 올라가게 된다.Compressor 10 of the gas turbine is a part that sucks and compresses air, and supplies combustion air to the combustor 20 while supplying cooling air to a high temperature region that requires cooling in the gas turbine. . Since the sucked air is subjected to adiabatic compression in the compressor 10, the pressure and temperature of the air passing through the compressor 10 are increased.

가스 터빈을 구성하는 압축기(10)는 보통 원심 압축기(centrifugal compressors)나 축류 압축기(axial compressor)로 설계될 수 있는데, 소형 가스 터빈에서는 원심 압축기가 적용되는 반면, 대형 가스 터빈은 대량의 공기를 압축해야 하기 때문에 도 1에 도시된 바와 같이 다단 축류형 압축기가 적용되는 것이 일반적이다.Compressor 10 constituting the gas turbine can be usually designed as centrifugal compressors or axial compressors. In small gas turbines, centrifugal compressors are applied, whereas large gas turbines compress large amounts of air. It is common to apply a multistage axial compressor as shown in FIG.

압축기(10)는 터빈(30)에서 출력되는 동력의 일부를 사용하여 구동된다. 이를 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(10)의 회전축과 터빈(30)의 회전축은 직결된다.The compressor 10 is driven using a portion of the power output from the turbine 30. To this end, as shown in FIG. 1, the rotating shaft of the compressor 10 and the rotating shaft of the turbine 30 are directly connected to each other.

연소기(20)는 압축기(10)의 출구로부터 공급되는 압축 공기를 연료와 혼합하여 등압 연소시켜 높은 에너지의 연소가스를 만들어낸다. The combustor 20 mixes the compressed air supplied from the outlet of the compressor 10 with the fuel and isostatically burns to produce a high energy combustion gas.

연소기(20)는 압축기(10)의 하류에 배치되며, 회전축을 중심으로 환형으로 배치되는 복수개의 버너 모듈(21)을 포함한다. 버너 모듈(21)은 연료 유체가 연소하는 연소실(240)을 포함하는 연소실 조립체(22); 및 연소실(240)로 연료 유체를 분사하는 복수개의 연료 노즐을 포함하는 연료 노즐 조립체(23);를 포함할 수 있다.The combustor 20 is disposed downstream of the compressor 10 and includes a plurality of burner modules 21 arranged in an annular shape about a rotating shaft. The burner module 21 includes a combustion chamber assembly 22 including a combustion chamber 240 in which fuel fluid combusts; And a fuel nozzle assembly 23 including a plurality of fuel nozzles for injecting fuel fluid into the combustion chamber 240.

가스 터빈에는 가스 연료와 액체 연료, 또는 이들이 조합된 복합 연료가 사용될 수 있는데, 본 발명에서의 연료 유체는 이들을 의미한다. 법적 규제 대상이 되는 일산화탄소와 질소산화물 등의 배출가스 양을 저감하기 위한 연소 환경을 만드는 것이 중요한데, 연소 제어가 상대적으로 어렵지만 연소 온도를 낮추고 균일한 연소를 만들어 배출가스를 줄일 수 있다는 장점이 있어 근래에는 예혼합 연소가 많이 적용된다. Gas turbines and liquid fuels, or combination fuels in combination thereof may be used in the gas turbine, and the fuel fluid in the present invention means them. It is important to create a combustion environment to reduce the amount of emissions such as carbon monoxide and nitrogen oxide, which are legally regulated. Although combustion control is relatively difficult, it has the advantage of reducing emissions by lowering combustion temperature and making uniform combustion. Many premixed combustion is applied.

예혼합 연소의 경우에는 연료 노즐 조립체(23)에서 압축기(10)로부터 유입된 압축 공기와 연료가 혼합된 후, 연소실(240) 안으로 들어간다. 예혼합 가스의 최초 점화는 점화기를 이용하여 이루어지며, 이후 연소가 안정되면 연료와 공기를 공급하는 것으로 연소는 유지된다. In the case of premixed combustion, compressed air and fuel introduced from the compressor 10 in the fuel nozzle assembly 23 are mixed and then enter the combustion chamber 240. The initial ignition of the premixed gas is performed using an igniter, and then combustion is maintained by supplying fuel and air once the combustion is stable.

연료 노즐 조립체(23)는 연료 유체를 분사하는 복수개의 연료 노즐(100)을 포함하는데, 연료 노즐(100)은 연료가 공기와 적절한 비율로 혼합되어 연소에 적합한 상태를 이룰 수 있도록 한다.The fuel nozzle assembly 23 includes a plurality of fuel nozzles 100 that inject fuel fluid, which enables the fuel to mix with the air at an appropriate ratio to achieve a state suitable for combustion.

복수개의 연료 노즐(100)은 도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 내부 연료 노즐을 중심으로 복수개의 외부 연료 노즐이 방사상으로 배치될 수 있다. 연료 노즐(100)에 대한 자세한 설명은 후술한다. As illustrated in FIG. 3, the plurality of fuel nozzles 100 may have a plurality of external fuel nozzles radially disposed around one internal fuel nozzle. Detailed description of the fuel nozzle 100 will be described later.

연소실 조립체(22)는 연소가 이루어지는 공간인 연소실(240)을 구비하는데, 라이너(250) 및 트랜지션 피스(260)를 포함한다.Combustion chamber assembly 22 includes combustion chamber 240, which is a space where combustion occurs, and includes a liner 250 and a transition piece 260.

라이너(liner, 250)는 연료 노즐 조립체(23)의 하류측에 배치되며, 이너 라이너와 아우터 라이너의 이중 구조로 이루어질 수 있다. 즉, 이너 라이너를 아우터 라이너가 둘러싸는 이중 구조로 이루어질 수 있다. 이때, 이너 라이너는 내부가 빈 관형 부재로서, 연소실(240)을 이룬다. 압축 공기는 아우터 라이너 안쪽의 환형 공간 내부로 침투하여 이너 라이너를 냉각시킬 수 있다.The liner 250 is disposed downstream of the fuel nozzle assembly 23 and may have a dual structure of an inner liner and an outer liner. That is, the inner liner may have a double structure in which the outer liner is surrounded. At this time, the inner liner is a hollow tubular member and forms the combustion chamber 240. Compressed air can penetrate into the annular space inside the outer liner to cool the inner liner.

한편, 라이너(250)의 하류 측에는 트랜지션 피스(transition piece, 260)가 위치하는데, 트랜지션 피스(260)는 연소실(240)에서 발생한 연소 가스를 터빈(30)으로 고속으로 내보낼 수 있다. 트랜지션 피스(260)는 이너 트랜지션 피스와 아우터 트랜지션 피스의 이중 구조로 이루어질 수 있다. 즉, 이너 트랜지션 피스를 아우터 트랜지션 피스가 둘러싸는 이중 구조로 이루어질 수 있다. 이 때, 이너 트랜지션 피스도 이너 라이너와 마찬가지로 내부가 빈 관형 부재로 형성되며, 라이너(250)에서 터빈(30) 측으로 갈수록 직경이 점점 작아지는 형상으로 이루어질 수 있다. Meanwhile, a transition piece 260 is positioned downstream of the liner 250, and the transition piece 260 may send the combustion gas generated in the combustion chamber 240 to the turbine 30 at high speed. The transition piece 260 may have a dual structure of an inner transition piece and an outer transition piece. That is, the inner transition piece may have a double structure in which the outer transition piece is surrounded. At this time, the inner transition piece is also formed of a hollow tubular member like the inner liner, and may have a shape in which the diameter decreases gradually from the liner 250 toward the turbine 30 side.

이 때, 이너 라이너와 이너 트랜지션 피스는 플레이트 스프링 씰(미도시)에 의해 서로 결합될 수 있다. 이너 라이너와 이너 트랜지션 피스의 각 단부는 연소기(20)와 터빈(30) 측에 각각 고정되기 때문에, 플레이트 스프링 씰은 열팽창에 의한 길이 및 직경의 신장을 수용할 수 있는 구조로 이너 라이너와 이너 트랜지션 피스를 지지할 수 있다. At this time, the inner liner and the inner transition piece may be coupled to each other by a plate spring seal (not shown). Since each end of the inner liner and the inner transition piece is fixed to the combustor 20 and the turbine 30, respectively, the plate spring seal has a structure that can accommodate the elongation of the length and diameter due to thermal expansion, and the inner liner and the inner transition. It can support the piece.

본 실시예에 따른 가스 터빈은, 이너 라이너와 이너 트랜지션 피스를 아우터 라이너와 아우터 트랜지션 피스가 감싸는 구조로 되어 있고, 이너 라이너와 아우터 라이너 사이의 환형 공간과 이너 트랜지션 피스와 아우터 트랜지션 피스 사이의 환경 공간 안으로 압축 공기가 침투할 수 있다. 이와 같은 환형 공간을 침투한 압축 공기는 이너 라이너와 이너 트랜지션 피스를 냉각시킬 수 있다.The gas turbine according to the present embodiment has a structure in which the inner liner and the inner transition piece surround the outer liner and the outer transition piece, and the annular space between the inner liner and the outer liner and the environmental space between the inner transition piece and the outer transition piece. Compressed air can penetrate inside. Compressed air that penetrates the annular space can cool the inner liner and the inner transition piece.

한편, 연소기(20)에서 생산된 고온, 고압의 연소 가스는 라이너(250) 및 트랜지션 피스(260)를 통해 터빈(30)으로 공급된다. 터빈(30)에서는 연소 가스가 단열 팽창하면서 터빈(30)의 회전축에 방사상으로 배치된 다수의 블레이드에 충돌, 반동력을 줌으로써 연소가스의 열에너지가 회전축이 회전하는 기계적인 에너지로 변환된다. 터빈(30)에서 얻은 기계적 에너지의 일부는 압축기에서 공기를 압축하는데 필요한 에너지로 공급되며, 나머지는 발전기를 구동하여 전력을 생산하는 등의 유효 에너지로 활용된다.Meanwhile, the hot and high pressure combustion gas produced by the combustor 20 is supplied to the turbine 30 through the liner 250 and the transition piece 260. In the turbine 30, while the combustion gas is adiabaticly expanded, a collision and reaction force are applied to a plurality of blades radially disposed on the rotation axis of the turbine 30, so that thermal energy of the combustion gas is converted into mechanical energy in which the rotation axis rotates. Part of the mechanical energy obtained from the turbine 30 is supplied to the energy required to compress the air in the compressor, and the rest is used as the effective energy, such as driving the generator to produce power.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 노즐에 대해 설명한다.Hereinafter, a fuel nozzle according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 노즐을 나타내는 사시도이고, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 노즐에서 다양한 분사구의 변형예를 나타내는 사시도이다. 또한 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 노즐에서 스월러를 확대해서 나타내는 확대도이다.4 is a perspective view illustrating a fuel nozzle according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIGS. 5 to 7 are perspective views illustrating modified examples of various injection holes in the fuel nozzle according to an exemplary embodiment of the present invention. 8 is an enlarged view illustrating an enlarged swirler in a fuel nozzle according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료 노즐(100)은 주입 실린더(110) 및 스월러(120)를 포함한다.The fuel nozzle 100 according to the embodiment of the present invention includes an injection cylinder 110 and a swirler 120.

주입 실린더(110)는 연료를 공급하며 연료와 공기를 예혼합하는 수단으로서, 일 방향으로 연장 형성된다. 주입 실린더(110)는 일반적으로 원통형으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예에서는 원통형의 주입 실린더(110)를 예시로 한다.The injection cylinder 110 is a means for supplying fuel and premixing fuel and air and extending in one direction. The injection cylinder 110 may be generally formed in a cylindrical shape, but is not limited thereto. In the embodiment of the present invention, the injection cylinder 110 is illustrated.

주입 실린더(110) 내부에는 연료와 공기가 혼합하는 공간이 형성되며, 주입 실린더(110)의 길이 방향을 따라 연료와 공기가 지나면서 혼합될 수 있다. 주입 실린더(110)에는 그 내부로 공기가 유입되는 공기 유입구(111) 및 공기와 연료가 혼합되어 배출되는 배출구(112)가 형성될 수 있다. 배출구(112)는 주입 실린더(110)의 하류 일단에 형성될 수 있으며, 본 실시예에서는 원통형의 주입 실린더(110)의 바닥면에 형성된 것을 예시로 한다.A space for mixing fuel and air is formed in the injection cylinder 110, and the fuel and air may be mixed while passing along the longitudinal direction of the injection cylinder 110. The injection cylinder 110 may have an air inlet 111 through which air is introduced into the injection cylinder 110, and an outlet 112 through which air and fuel are mixed and discharged. The outlet 112 may be formed at one downstream downstream of the injection cylinder 110, in the present embodiment exemplified that formed in the bottom surface of the cylindrical injection cylinder (110).

헤드 엔드 플레이트(230)는 연료 노즐 조립체(23)의 외벽을 이루는 노즐 케이싱(230)의 단부에서 노즐 케이싱(230)과 결합하여 케이싱(230)을 밀봉하는데, 주입 실린더(110)에 연료를 공급하는 매니 폴드, 관련 밸브 등과 결합될 수 있다. 또한 헤드 엔드 플레이트(230)는 노즐 케이싱(230) 내에 배열되는 연료 노즐(100)을 지지한다. 연료 노즐(100)은 주입 실린더(110) 일단에 배치된 노즐 플랜지(140)에 의해 헤드 엔드 플레이트(230)에 고정된다.The head end plate 230 is coupled to the nozzle casing 230 at the end of the nozzle casing 230 forming the outer wall of the fuel nozzle assembly 23 to seal the casing 230, supplying fuel to the injection cylinder 110. To a manifold, associated valve, and the like. The head end plate 230 also supports the fuel nozzle 100 arranged in the nozzle casing 230. The fuel nozzle 100 is fixed to the head end plate 230 by a nozzle flange 140 disposed at one end of the injection cylinder 110.

연료는 연료 인젝터(fuel injector, 미도시)를 통해 헤드 엔드 플레이트(220)를 거쳐 유입되어, 연료 노즐(100)의 주입 실린더(110)의 길이 방향을 따라 이동하여 연소실(240)로 분사된다. Fuel flows through the head end plate 220 through a fuel injector (not shown), moves along the longitudinal direction of the injection cylinder 110 of the fuel nozzle 100, and is injected into the combustion chamber 240.

슈라우드(shroud, 150)는 주입 실린더(110)와 이격되어 주입 실린더(110)를 길이방향으로 둘러싸도록 형성되어, 연료 및 공기가 지날 수 있도록 유로를 구성한다. 슈라우드(150)는 주입 실린더(110)의 연장 방향을 따라 연장 형성되는데, 바람직하게는 주입 실린더(110)와 동심축을 갖고 주입 실린더(110)와 일정 간격 이격되어 주입 실린더(110)를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 원통형의 슈라우드(150)를 예시로 한다. 이 경우, 주입 실린더(110) 와 슈라우드(150)에 의해 형성되는 유로의 단면은 환상(環狀)으로 형성될 수 있다.The shroud 150 is formed to be spaced apart from the injection cylinder 110 to surround the injection cylinder 110 in the longitudinal direction, so as to constitute a flow path so that fuel and air can pass. The shroud 150 is formed to extend along the direction in which the injection cylinder 110 extends. Preferably, the shroud 150 is formed to have a concentric axis with the injection cylinder 110 and to be spaced apart from the injection cylinder 110 at a predetermined interval to surround the injection cylinder 110. Can be. In the embodiment of the present invention, a cylindrical shroud 150 is exemplified. In this case, the cross section of the flow path formed by the injection cylinder 110 and the shroud 150 may be formed in an annular shape.

스월러(swirler, 120)는 주입 실린더(110) 중간의 외주면에 방사형으로 배열되어, 슈라우드(150)와 주입 실린더(110) 사이의 공간으로 유입된 연료 유체에 회전 유동이 발생하도록 한다. The swirler 120 is radially arranged on the outer circumferential surface of the middle of the injection cylinder 110 so that rotational flow occurs in the fuel fluid introduced into the space between the shroud 150 and the injection cylinder 110.

스월러(120)는 주입 실린더(110)의 내부 공간과 연통하는 유로(123)를 구비한 스월러 몸체(121) 및 유로(123)로 유입된 연료 유체를 외부로 분사하는 복수개의 분사구(122 : 1221, 1222, 1223)를 포함한다.The swirler 120 includes a swirler body 121 having a flow path 123 communicating with an internal space of the injection cylinder 110, and a plurality of injection holes 122 for injecting fuel fluid introduced into the flow path 123 to the outside. 1221, 1222, 1223).

분사구(122)는 스월러 몸체(121)의 외벽(121a)의 관통하여 형성된다. 분사구(122) 중 적어도 하나는, 내부에서 외부까지 구경이 상이하게 변하도록 형성될 수 있다. The injection hole 122 is formed through the outer wall 121a of the swirler body 121. At least one of the injection holes 122 may be formed to vary in diameter from the inside to the outside.

분사구(122a)는 도 5에 도시된 바와 같이 내부에서 외부로 갈수록 구경이 증가하도록 형성될 수 있다(Rin < Rout). 본 변형예에 따른 분사구(122a)는 증가하는 구경에 의해 형성된 경사면(122a-1)을 갖는데, 이러한 형태에 의해 분사구(122a)를 통해 배출되는 연료 유체는 보다 넓게 퍼져서 분사될 수 있다.The injection hole 122a may be formed to increase in diameter from the inside to the outside as shown in FIG. 5 (R in <R out ). The injection hole 122a according to the present modification has an inclined surface 122a-1 formed by an increasing aperture, and by this form, the fuel fluid discharged through the injection hole 122a can be spread more widely.

분사구(122b)는 도 6에 도시된 바와 같이 내부에서 외부로 갈수록 구경이 감소하도록 형성될 수 있다(Rin > Rout). 본 변형예에 따른 분사구(122b)에서는 좁아지는 구경에 의해 배출되는 연료 유체가 보다 빠른 속도로 분사될 수 있다.As illustrated in FIG. 6, the injection hole 122b may be formed to decrease in diameter from the inside to the outside (R in > R out ). In the injection hole 122b according to the present modification, the fuel fluid discharged by the narrowing aperture may be injected at a higher speed.

또한 분사구(122c)는 도 7에 도시된 바와 같이 내부에서 외부로 갈수록 감소하다가 증가하도록 형성될 수 있다(Rin > Rmid , Rmid < Rout). 본 변형예에 따른 분사구(122c)는 좁아지는 구경에 의해 연료 유체가 보다 빠른 속도로 배출되다가, 증가하는 구경에 의해 넓게 퍼져서 분사될 수 있다.In addition, the injection hole 122c may be formed to decrease and increase from inside to outside as shown in FIG. 7 (R in > R mid , R mid <R out ). The injection hole 122c according to the present modification may discharge the fuel fluid at a faster speed due to the narrower aperture, and then may be widely spread by the increased aperture.

한편, 복수개의 분사구(1221, 1222, 1223)는 주입 실린더(110)의 연장 방향과 교차하는 방향으로 배열될 수 있는데, 도 8에 도시된 바와 같이 스월러 몸체(121)의 중심선(CL)을 기준으로 주입 실린더(110)에서 가까운 영역에 형성된 내측 분사구(1221)와, 주입 실린더(110)에서 먼 영역에 형성된 분사구(1223)로 구분할 수 있다.Meanwhile, the plurality of injection holes 1221, 1222, and 1223 may be arranged in a direction crossing the extending direction of the injection cylinder 110. As illustrated in FIG. 8, the center lines CL of the swirler body 121 are disposed. As a reference, it may be divided into an inner injection hole 1221 formed in an area close to the injection cylinder 110 and an injection hole 1223 formed in an area far from the injection cylinder 110.

내측 분사구(1221) 및 외측 분사구(1223)는 서로 연료 유체의 분사 형상 또는 분사 속도가 상이하도록 형성될 수 있다. 주입 실린더(110)와 슈라우드(150)에 의해 형성되는 환상 단면의 유로는, 중심부인 주입 실린더(110)에 가까운 구역일수록 공기 유량이 많기 때문에, 유로 내에 균일한 공기 흐름을 유지하기 위해서는 내측 분사구(1221)는 외측 분사구(1223)보다 연료 유체가 넓게 펴져 분사되는 것이 바람직하다. 또한 외측 분사구(1223)는 내측 분사구(1221)보다 연료 유체의 분사 속도가 빠르게 분사되는 것이 바람직하다.The inner injection hole 1221 and the outer injection hole 1223 may be formed to have different injection shapes or injection speeds of the fuel fluid. Since the flow path of the annular cross section formed by the injection cylinder 110 and the shroud 150 has a larger air flow rate in the area closer to the injection cylinder 110 which is a center part, in order to maintain uniform air flow in the flow path, 1221 is preferably a fuel fluid is wider than the outer injection port 1223 is injected. In addition, it is preferable that the injection speed of the fuel fluid is injected faster than the inner injection hole 1223 of the outer injection hole 1223.

따라서, 주입 실린더(110)에서 가까운 영역에 형성된 내측 분사구(1221)는 내부에서 외부로 갈수록 구경이 증가하는 형태로 형성되거나, 주입 실린더(110)에서 먼 영역에 형성된 외측 분사구(1223)는 내부에서 외부로 갈수록 구경이 감소하도록 형성될 수 있다. 스월러 몸체(121)의 중심선(CL)에 걸려 있는 분사구(1222)는 내부에서 외부로 갈수록 감소하다가 증가하도록 형성될 수 있다. 즉, 복수개 분사구(1221, 1222, 1223)가 그 형성된 위치에 따라 다양한 변형예의 형태로 형성될 수 있다. Therefore, the inner injection hole 1221 formed in the region close to the injection cylinder 110 is formed in a shape that increases in diameter from the inside toward the outside, or the outer injection hole 1223 formed in the area far from the injection cylinder 110 The aperture may be formed to decrease toward the outside. The injection hole 1222 hanging on the centerline CL of the swirler body 121 may be formed to decrease and increase from the inside to the outside. That is, the plurality of injection holes 1221, 1222, 1223 may be formed in various modified forms according to the formed positions thereof.

또한, 복수개 분사구(1221, 1222, 1223)가 같은 형태로 형성된 경우, 그 위치에 따라 구경이 달라질 수도 있다. 예를 들어 복수개 분사구(1221, 1222, 1223)가 모두 도 5에 도시된 변형예와 같이 형성된 경우에는, 외측 분사구(1223)에서 내측 분사구(1221)로 갈수록 외부 구경(Rout)이 증가하거나, 외부 구경(Rout)과 내부 구경(Rin)의 차이가 증가하도록 배치하여 내측 분사구(1221)에서 외측 분사구(1223)보다 연료 유체가 넓게 펴져 분사되도록 할 수 있다. In addition, when the plurality of injection holes 1221, 1222, 1223 are formed in the same shape, the aperture may vary according to the position. For example, when the plurality of injection holes 1221, 1222, and 1223 are all formed as in the modification illustrated in FIG. 5, the outer aperture R out increases from the outer injection hole 1223 to the inner injection hole 1221, or The difference between the outer aperture R out and the inner aperture R in may be increased to allow the fuel fluid to be wider than the outer injection hole 1223 and injected from the inner injection hole 1221.

마찬가지로, 복수개 분사구(1221, 1222, 1223)가 모두 도 6에 도시된 변형예와 같이 형성된 경우에는, 외측 분사구(1223)에서 내측 분사구(1221)로 갈수록 내부 구경(Rout)이 증가하거나, 외부 구경(Rout)과 내부 구경(Rin)의 차이가 증가하도록 배치하여 외측 분사구(1223)에서 내측 분사구(1221)보다 연료 유체가 빠르게 분사되도록 할 수 있다. Similarly, when the plurality of injection holes 1221, 1222, and 1223 are all formed as in the modification illustrated in FIG. 6, the inner diameter R out increases from the outer injection hole 1223 to the inner injection hole 1221, or the outside thereof. The difference between the aperture R out and the inner aperture R in may be increased to allow the fuel fluid to be injected faster at the outer injection hole 1223 than the inner injection hole 1221.

이와 같이 연료 및 공기의 혼합 성능을 향상시키면, 연소 중에 화염 유지(flame holding)를 유발할 수 있는 재순환 포켓을 방지할 수 있다. 화염 유지는 설계 예상보다 장시간 동안 연소실 내에 남아 있는 화염 또는 불꽃을 의미한다. 화염이 연소실 내에 존재하는 시간이 증가하면, 질소산화물과 같은 배출물이 보다 많이 생성될 수도 있기 때문에, 화염 유지를 방지하는 것이 바람직하다.Improving the mixing performance of fuel and air in this way can prevent recirculation pockets that can cause flame holding during combustion. Flame maintenance means flames or sparks that remain in the combustion chamber for longer than expected. Increasing the time that the flame is present in the combustion chamber is desirable to prevent flame retention because more emissions, such as nitrogen oxides, may be produced.

상술한 설명에서 서로 다른 요소들 간의 결합 또는 접합(접속)시에는 이들 간을 결합시키기 위한 별도의 결합 부재를 구비한다. 또한, 필요에 따라 접합면에서의 누설을 방지하기 위한 별도의 밀봉 수단이 더 추가될 수도 있다. 또한, 결합 공정의 편의와 누설 방지를 위해 끼워맞춤 형태의 소정의 돌기 또는 홈 등이 형성될 수도 있다. In the above description, when joining or bonding (connecting) different elements, separate joining members are provided for joining them. In addition, a separate sealing means may be further added as necessary to prevent leakage at the joint surface. In addition, predetermined protrusions or grooves may be formed in a fitting form for convenience of the coupling process and prevention of leakage.

본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 다양한 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다. The embodiments and drawings attached to this specification are merely to clearly show some of the technical ideas included in the present invention, and those skilled in the art can easily infer within the scope of the technical ideas included in the specification and drawings of the present invention. Various modifications and specific embodiments that can be made will be apparent to be included in the scope of the invention.

10 : 압축기 20 : 연소기
21 : 버너 모듈 22 : 연소실 조립체
23 : 연료 노즐 조립체 30 : 터빈
100 : 연료 노즐 110 : 주입 실린더
120 : 스월러 121 : 스월러 본체
121a : 외벽 122, 122a, 122b, 122c : 분사구
123 : 유로10: compressor 20: combustor
21 burner module 22 combustion chamber assembly
23 fuel nozzle assembly 30 turbine
100: fuel nozzle 110: injection cylinder
120: swirler 121: swirler body
121a: outer wall 122, 122a, 122b, 122c: injection hole
123: Euro

Claims (16)

일 방향으로 연장 형성되어 연소실에 연료 유체를 공급하는 주입 실린더; 및
상기 주입 실린더 중간의 외주면에 방사형으로 배열되는 복수개의 스월러;를 포함하고,
상기 복수개의 스월러 각각은,
상기 주입 실린더의 내부와 연통하는 유로를 구비한 스월러 몸체 및
상기 유로로 유입된 연료 유체를 외부로 분사하는 복수개의 분사구를 포함하고,
상기 복수개의 분사구 중 적어도 하나는,
내부에서 외부까지 구경이 상이하게 변하도록 형성되며,
상기 복수의 분사구는 상기 주입 실린더의 연장 방향과 교차하는 방향으로 배열되며,
상기 스월러 몸체의 중심선을 기준으로, 상기 주입 실린더에서 가까운 영역에 형성되는 내측 분사구는 상기 스월러의 두께방향으로 내부에서 외부로 갈수록 구경이 증가하도록 형성되어 상기 내측 분사구는 외측 분사구보다 연료 유체가 넓게 펴져 분사되며,
상기 주입 실린더에서 먼 영역에 형성되는 외측 분사구는 상기 스월러의 두께방향으로 내부에서 외부로 갈수록 구경이 감소하도록 형성되어 외측 분사구는 상기 내측 분사구보다 연료 유체의 분사 속도가 빠르게 분사되는 연료 노즐.An injection cylinder extending in one direction to supply fuel fluid to the combustion chamber; And
And a plurality of swirlers arranged radially on an outer circumferential surface of the middle of the injection cylinder.
Each of the plurality of swirlers,
A swirler body having a flow passage communicating with an interior of the injection cylinder;
It includes a plurality of injection holes for injecting the fuel fluid introduced into the flow path to the outside,
At least one of the plurality of injection holes,
It is formed to change the diameter from the inside to the outside,
The plurality of injection holes are arranged in a direction crossing the extending direction of the injection cylinder,
Based on the center line of the swirler body, the inner injection hole is formed in the region close to the injection cylinder is formed so that the diameter increases from the inside to the outside in the thickness direction of the swirler so that the inner fluid is more fuel fluid than the outer injection hole Spread out and spray,
The outer injection hole formed in a region far from the injection cylinder is formed so that the aperture decreases from the inside toward the outside in the thickness direction of the swirler, the outer injection hole is injected faster than the inner injection hole of the fuel fluid. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 연료 유체가 연소하는 연소실을 포함하는 연소실 조립체;
상기 연소실로 연료 유체를 분사하는 복수개의 연료 노즐을 포함하는 연료 노즐 조립체;를 포함하며,
상기 연료 노즐은,
일 방향으로 연장 형성되어 연소실에 연료 유체를 공급하는 주입 실린더; 및
상기 주입 실린더 중간의 외주면에 방사형으로 배열되는 복수개의 스월러;를 포함하고,
상기 복수개의 스월러 각각은,
상기 주입 실린더의 내부와 연통하는 유로를 구비한 스월러 몸체 및
상기 유로로 유입된 연료 유체를 외부로 분사하는 복수개의 분사구를 포함하고,
상기 복수개의 분사구 중 적어도 하나는,
내부에서 외부까지 구경이 상이하게 변하도록 형성되며,
상기 복수의 분사구는 상기 주입 실린더의 연장 방향과 교차하는 방향으로 배열되며,
상기 스월러 몸체의 중심선을 기준으로, 상기 주입 실린더에서 가까운 영역에 형성되는 내측 분사구는 상기 스월러의 두께방향으로 내부에서 외부로 갈수록 구경이 증가하도록 형성되어 상기 내측 분사구는 외측 분사구보다 연료 유체가 넓게 펴져 분사되며,
상기 주입 실린더에서 먼 영역에 형성되는 외측 분사구는 상기 스월러의 두께방향으로 내부에서 외부로 갈수록 구경이 감소하도록 형성되어 외측 분사구는 상기 내측 분사구보다 연료 유체의 분사 속도가 빠르게 분사되는 연소기.A combustion chamber assembly comprising a combustion chamber in which fuel fluid combusts;
And a fuel nozzle assembly including a plurality of fuel nozzles for injecting fuel fluid into the combustion chamber.
The fuel nozzle,
An injection cylinder extending in one direction to supply fuel fluid to the combustion chamber; And
And a plurality of swirlers arranged radially on an outer circumferential surface of the middle of the injection cylinder.
Each of the plurality of swirlers,
A swirler body having a flow passage communicating with an interior of the injection cylinder;
It includes a plurality of injection holes for injecting the fuel fluid introduced into the flow path to the outside,
At least one of the plurality of injection holes,
It is formed to change the diameter from the inside to the outside,
The plurality of injection holes are arranged in a direction crossing the extending direction of the injection cylinder,
Based on the center line of the swirler body, the inner injection hole is formed in the region close to the injection cylinder is formed so that the diameter increases from the inside to the outside in the thickness direction of the swirler so that the inner fluid is more fuel fluid than the outer injection hole Spread out and spray,
And an outer injection hole formed in a region far from the injection cylinder is formed to decrease in diameter from the inside toward the outside in the thickness direction of the swirler, so that the outer injection hole is injected at a faster injection speed of the fuel fluid than the inner injection hole. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 유입되는 공기를 압축하는 압축기;
상기 압축기에서 압축된 공기와 연료를 혼합하여 연소시키는 연소기; 및
상기 연소기에서 연소된 가스로 동력을 발생시키는 터빈;을 포함하며,
상기 연소기는,
연료 유체가 연소하는 연소실을 포함하는 연소실 조립체;
상기 연소실로 연료 유체를 분사하는 복수개의 연료 노즐을 포함하는 연료 노즐 조립체;를 포함하고,
상기 연료 노즐은,
일 방향으로 연장 형성되어 연소실에 연료 유체를 공급하는 주입 실린더;
상기 주입 실린더 중간의 외주면에 방사형으로 배열되는 복수개의 스월러;
상기 복수개의 스월러 각각은,
상기 주입 실린더의 내부와 연통하는 유로를 구비한 스월러 몸체 및
상기 주입 실린더의 연장 방향과 교차하는 방향으로 배열되며, 상기 유로로 유입된 연료 유체를 외부로 분사하는 복수개의 분사구를 포함하고,
상기 복수개의 분사구는,
상기 스월러 몸체의 중심선을 기준으로, 상기 주입 실린더에서 가까운 영역에 형성되는 내측 분사구와, 상기 주입 실린더에서 먼 영역에 형성되는 분사구로 구분되며,
상기 내측 분사구 및 외측 분사구는 서로 연료 유체의 분사 형상 또는 분사 속도가 상이하도록 형성되며,
상기 복수의 분사구는 상기 주입 실린더의 연장 방향과 교차하는 방향으로 배열되며,
상기 스월러 몸체의 중심선을 기준으로, 상기 주입 실린더에서 가까운 영역에 형성되는 내측 분사구는 상기 스월러의 두께방향으로 내부에서 외부로 갈수록 구경이 증가하도록 형성되어 상기 내측 분사구는 상기 외측 분사구보다 연료 유체가 넓게 펴져 분사되며,
상기 주입 실린더에서 먼 영역에 형성되는 외측 분사구는 상기 스월러의 두께방향으로 내부에서 외부로 갈수록 구경이 감소하도록 형성되어 상기 외측 분사구는 상기 내측 분사구보다 연료 유체의 분사 속도가 빠르게 분사되는 가스 터빈.
A compressor for compressing incoming air;
A combustor for mixing and combusting the compressed air and fuel in the compressor; And
And a turbine generating power from the gas burned in the combustor.
The combustor,
A combustion chamber assembly comprising a combustion chamber in which fuel fluid combusts;
A fuel nozzle assembly comprising a plurality of fuel nozzles for injecting fuel fluid into the combustion chamber;
The fuel nozzle,
An injection cylinder extending in one direction to supply fuel fluid to the combustion chamber;
A plurality of swirlers radially arranged on an outer circumferential surface of the middle of the injection cylinder;
Each of the plurality of swirlers,
A swirler body having a flow passage communicating with an interior of the injection cylinder;
It is arranged in a direction crossing the direction of extension of the injection cylinder, and includes a plurality of injection holes for injecting the fuel fluid introduced into the flow path to the outside,
The plurality of injection holes,
On the basis of the center line of the swirler body, it is divided into an inner injection hole formed in a region close to the injection cylinder, and an injection hole formed in a region far from the injection cylinder,
The inner injection hole and the outer injection hole are formed such that the injection shape or injection speed of the fuel fluid is different from each other,
The plurality of injection holes are arranged in a direction crossing the extending direction of the injection cylinder,
Based on the center line of the swirler body, the inner injection hole is formed in the region close to the injection cylinder is formed so that the diameter increases from the inside to the outside in the thickness direction of the swirler so that the inner injection hole is a fuel fluid than the outer injection hole Is spread out and sprayed,
The outer injection hole formed in the region far from the injection cylinder is formed so that the aperture decreases from the inside to the outside in the thickness direction of the swirler, the outer injection port is injected faster than the inner injection port of the fuel fluid.
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