KR101872088B1

KR101872088B1 - 가스 터빈 연소기의 연료 노즐 구조

Info

Publication number: KR101872088B1
Application number: KR1020160078517A
Authority: KR
Inventors: 요시히데 와다야마; 사토시 구마가이; 야스히로 와다; 히로카즈 다카하시
Original assignee: 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2015-06-24
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2018-06-27
Anticipated expiration: 2036-06-23
Also published as: EP3109556B1; KR20170000793A; US20160377294A1; US10495313B2; CN106287815A; JP2017009219A; EP3109556A1; CN106287815B; JP6423760B2

Abstract

예비 혼합 연소용의 연료 노즐의 내진동 강도가 향상됨과 함께, 연료 노즐이 엔드 플랜지와의 용접부에서 파손되어도 노즐이 하류 방향으로 비산되지 않고, 연소기 부재에 손상을 끼칠 우려가 없게 되는 것을 과제로 한다.
본 발명의 가스 터빈 연소기의 연료 노즐 구조는, 상기 과제를 해결하기 위해서, 확산용 연료 노즐을 갖는 확산용 연소 버너와, 예비 혼합용 연료 노즐을 갖는 예비 혼합용 연소 버너와, 확산용 연소 버너 및 예비 혼합용 연소 버너가 기계적으로 접합된 엔드 플랜지와, 그 엔드 플랜지에 확산용 연소 버너를 고정함과 함께, 예비 혼합용 연료 노즐의 엔드 플랜지와의 접합부인 근원부를 덮도록 삽입 배치된 확산용 연소 버너 지지부를 구비하고, 예비 혼합용 연료 노즐의 외경이 엔드 플랜지와의 접합부로 향함에 따라 굵어지도록 길이 방향으로 변화하고, 또한, 예비 혼합용 연료 노즐의 근원부의 최대 직경이, 확산용 연소 버너 지지부에 형성된 구멍부의 내경보다 큰 것을 특징으로 한다.

Description

가스 터빈 연소기의 연료 노즐 구조{STRUCTURE FOR FUEL NOZZLE OF GAS TURBINE COMBUSTOR}

본 발명은 가스 터빈 연소기의 연료 노즐 구조에 관한 것으로서, 특히, 연료와 공기를 미리 혼합한 후에 연소시키는 예비 혼합 연소를 채용한 것에 바람직한 가스 터빈 연소기의 연료 노즐 구조에 관한 것이다.

환경 보호의 관점에서, 가스 터빈의 배출 가스에는 더 한층의 저NOx화가 요구되고 있다. 가스 터빈 연소기의 연소법으로서, 연료와 공기를 미리 혼합한 후에 연소시키는 예비 혼합 연소가 있고, 이것은, 연료를 직접 연소실에 분사하여 연소시키는 확산 연소에 비하여 NOx를 대폭으로 저감할 수 있다.

따라서, 최근의 NOx 배출 규제에 대응하기 위해, 이 예비 혼합 연소를 채용하는 가스 터빈이 증가하고 있다.

또한, 연료와 공기의 동축 분류를 형성하는 연료 노즐과 연료 노즐 헤더를 구비한 가스 터빈 연소기가, 특허문헌 1에 기재되어 있다. 이 특허문헌 1에는, 연료 노즐 헤더에 생성하는 열응력을 억제하여 수명의 향상을 도모하기 위해서, 연료 노즐 헤더에 연료 노즐을 배치하는 설치 구멍을 형성하고, 연료 노즐 헤더의 설치 구멍의 내부에서 연료 노즐의 외주측과 설치 구멍의 내주측 사이에 공기층의 공간부 또는 중공의 원통 형상의 단열층을 형성하고, 연료 노즐의 후단부에 연료 노즐 헤더의 설치 구멍 또는 이 설치 구멍을 개구한 연료 노즐 헤더의 단부면과 걸림 결합하는 걸림 결합 수단을 설치하고, 연료 노즐을 연료 노즐 헤더에 고정한 것이 기재되어 있다.

일본 특허 공개 제2009-14297호 공보

그러나, 가스 터빈 연소기의 저NOx화를 도모하는 방책으로서, 연료와 공기를 미리 혼합한 후에 연소시키는 예비 혼합 연소가 있는데, 이것은 연료를 직접 연소실에 분사하여 연소시키는 확산 연소에 비하여 연소 진동이 발생되기 쉬워, 연료 노즐 등의 연소기 부재에 진동 응력이 작용하여, 고사이클 피로에 의한 손상이 염려된다는 과제가 있었다.

또한, 특허문헌 1에는, 연료 노즐 등의 연소기 부재에 진동 응력이 작용하여, 고사이클 피로에 의한 손상이 염려되는 것에 대한 대책에 대해서는, 전혀 언급되어 있지 않다.

본 발명은 상술한 점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 점은, 연료와 공기를 미리 혼합한 후에 연소시키는 예비 혼합 연소를 채용한 것이어도, 예비 혼합 연소용의 연료 노즐의 내진동 강도가 향상됨과 함께, 연료 노즐이 엔드 플랜지와의 용접부에서 파손되어도 노즐이 하류 방향으로 비산되지 않고, 연소기 부재에 손상을 끼칠 우려가 없어지는 가스 터빈 연소기의 연료 노즐 구조를 제공하는 데 있다.

본 발명의 가스 터빈 연소기의 연료 노즐 구조는, 상기 목적을 달성하기 위해서, 확산 연소용의 연료를 연소실에 분사하는 확산용 연료 노즐을 갖는 확산용 연소 버너와, 예비 혼합용의 연료를 예비 혼합기에 분사하는 예비 혼합용 연료 노즐을 갖는 예비 혼합용 연소 버너와, 상기 확산용 연소 버너 및 상기 예비 혼합용 연소 버너가 기계적으로 접합된 엔드 플랜지와, 그 엔드 플랜지에 상기 확산용 연소 버너를 고정함과 함께, 상기 예비 혼합용 연료 노즐의 상기 엔드 플랜지와의 접합부인 근원부를 덮도록 삽입 배치된 확산용 연소 버너 지지부를 구비하고, 상기 예비 혼합용 연료 노즐의 외경이 상기 엔드 플랜지와의 접합부로 향함에 따라 굵어지도록 길이 방향으로 변화하고, 또한, 예비 혼합용 연료 노즐의 근원부의 최대 직경이, 상기 확산용 연소 버너 지지부에 형성된 구멍부의 내경보다 큰 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 연료와 공기를 미리 혼합한 후에 연소시키는 예비 혼합 연소를 채용한 것이어도, 예비 혼합 연소용의 연료 노즐의 내진동 강도가 향상됨과 함께, 연료 노즐이 엔드 플랜지와의 용접부에서 파손되어도 노즐이 하류 방향으로 비산되지 않아, 연소기 부재에 손상을 끼칠 우려가 없어진다.

도 1은 본 발명의 가스 터빈 연소기의 연료 노즐 구조가 채용되는 가스 터빈 연소기를 도시하는 단면도이다.
도 2는 도 1에 있어서의 예비 혼합용 연료 노즐이 배치된 예비 혼합기를 도시하는 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 가스 터빈 연소기의 연료 노즐 구조의 실시예 1을 도시하는 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 가스 터빈 연소기의 연료 노즐 구조의 실시예 2를 도시하는 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 가스 터빈 연소기의 연료 노즐 구조의 실시예 3을 도시하는 부분 단면도이다.
도 6은 본 발명의 가스 터빈 연소기의 연료 노즐 구조의 실시예 4를 도시하는 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명의 가스 터빈 연소기의 연료 노즐 구조의 실시예 5를 도시하는 부분 단면도이다.
도 8은 본 발명자들에 의한 실험 결과이며, 예비 혼합용 연료 노즐의 근원부에 단차부를 설치한 경우의 단차부의 응력 집중 계수와 용접부의 피로 한도의 관계를 도시하는 특성도이다.
도 9는 종래의 가스 터빈 연소기의 연료 노즐 구조에 있어서의 예비 혼합용 연료 노즐이 배치된 예비 혼합기를 도시하는 부분 단면도이다.

이하, 도시한 실시예에 기초하여 본 발명의 가스 터빈 연소기의 연료 노즐 구조를 설명한다.

[실시예 1]

도 1은, 본 발명의 가스 터빈 연소기의 연료 노즐 구조가 채용되는 가스 터빈 연소기를 도시하는 것이다

상기 도면에 있어서, 100은 가스 터빈 연소기, 8은 연소실, 3은 확산용 연료 노즐(파일럿 버너), 5는 예비 혼합기, 1은 예비 혼합용 연료 노즐이다.

가스 터빈 연소기(100)는 확산 연소용의 연료(10)를 연소실(8)에 분사하는 확산용 연료 노즐(3)을 갖는 확산용 연소 버너(13)와, 예비 혼합용의 연료(6)를 예비 혼합기(5)에 분사하는 예비 혼합용 연료 노즐(1)을 갖는 예비 혼합용 연소 버너(11)를 구비하고 있다. 즉, 연소실(8)의 상류측 중앙부에는 확산용 연소 버너(13)가 배치되고, 그 주위에 복수개의 예비 혼합기(5) 및 예비 혼합 연소용의 예비 혼합용 연료 노즐(1)이 배치되는 구조로 되어 있다. 그리고, 이들 확산용 연소 버너(13) 및 예비 혼합용 연소 버너(11)는 엔드 플랜지(7)와 기계적으로 접합되어 있다.

도 2에, 도 1에 있어서의 예비 혼합용 연료 노즐(1)이 배치된 예비 혼합기(5), 및 도 9에, 종래 기술의 예비 혼합용 연료 노즐(1)이 배치된 예비 혼합기(5)를 각각 도시한다.

상기 도면에 도시한 바와 같이, 예비 혼합기(5)는 연소 공기(2)가 유통하는 가스 유로와 가스 유로 내에 배치된 예비 혼합용 연료 노즐(1)을 구비하고, 예비 혼합용 연료 노즐(1)로부터 분출된 예비 혼합용의 연료(6)가 예비 혼합기(5) 내에서 연소 공기(2)와 혼합되어, 연소실(8)에 공급되는 구조로 되어 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 예비 혼합용의 연료(6)는 엔드 플랜지(7)에 설치된 구멍(7a) 및 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 내부 구멍(1a)을 통과하고, 예비 혼합기(5)에 분출된다. 또한, 예비 혼합용 연료 노즐(1)은 그 근원부가 엔드 플랜지(7)와 필렛 용접(50)으로 접합되어 있다(도 9도 마찬가지).

예비 혼합용 연료 노즐(1)은 상술한 바와 같이, 연소실(8)의 중앙에 위치하는 확산용 연소 버너(13)의 주위에 배치되지만, 이 확산용 연소 버너(13)를 엔드 플랜지(7)와 고정하기 위한 확산용 연소 버너 지지부(12)와의 간섭을 회피하기 위해서, 그 확산용 연소 버너 지지부(12)에 구멍부(12a)가 형성되어 있다.

이들을 조립할 때는, 예비 혼합용 연료 노즐(1)을 엔드 플랜지(7)에 용접한 후에, 구멍부(12a)를 형성한 확산용 연소 버너 지지부(12)를 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 선단측으로부터 삽입하는 순서를 밟는다.

그런데, 연소실(8)에 공급된 연소 공기(2)와 확산 연소용의 연료(10)가 연소될 때, 연소 진동이 발생하는 경우가 있는데, 예비 혼합용 연소 버너(11)는 확산 연소에 비하여 연소 진동이 발생하기 쉽고, 게다가, 발생 시의 압력 변동이 크기 때문에, 예비 혼합용 연료 노즐(1)에 작용하는 진동 응력이 큰 경향에 있다. 진동 응력은, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 선단부가 진동함으로써, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 엔드 플랜지(7)와 접합부인 근원부나 용접부(50)에 굽힘 응력이 반복하여 부하되는 형태가 된다.

따라서, 도 9에 도시하는 종래 기술에서는, 예비 혼합용 연료 노즐(1)에 큰 진동 응력이 다수회에 걸쳐 작용하면, 예를 들어, 용접 지단부로부터 균열(51)이 발생하고, 그것이 내부로 진전되어, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 단면을 관통함으로써, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 전체가 파단되는 사상이 발생할 우려가 있다.

또한, 도 9에 도시하는 종래 기술의 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 근원부나 용접 지단부에서 파단이 발생한 경우, 분단된 예비 혼합용 연료 노즐(1)이 확산용 연소 버너 지지부(12)의 구멍부(12a)를 통하여 연소실(8)측으로 비산하여, 하류측의 연소기 부품을 손상시킬 우려도 있다.

이러한 사상을 방지하는 본 발명의 가스 터빈 연소기의 노즐 구조의 실시예를 이하에 설명한다.

도 1에, 본 발명의 가스 터빈 연소기의 노즐 구조의 실시예 1을 도시한다. 또한, 이후에 설명하는 각 실시예에서는, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 외경을 가장 굵은 근원부(21), 근원부(21)보다는 가는 직선상의 단차부(20) 및 단차부(20)와 동등한 굵기의 직선상의 선단부(22)의 3개의 영역으로 나눈 것으로 하였다.

그리고, 도 3에 도시하는 실시예 1에서는, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 엔드 플랜지(7)와의 접합부 부근의 근원부(21)에 단차부(20)를 설치하고, 확산용 연소 버너 지지부(12)의 내경 d1보다, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 근원부(21)의 외경 D1을 크게 한 것이다.

이에 의해, 내진동 강도가 기타부와 비교하여 낮아지기 쉬운 용접부(50)의 지단부에서 균열(51)이 발생하고, 이 영역에서 예비 혼합용 연료 노즐(1)이 파손 되었다고 해도, 파손부에서 연료 누설이 발생하지만, 예비 혼합용 연료 노즐(1)이 확산용 연소 버너 지지부(12)의 구멍부(12a)를 통하여 하류측으로 비산하는 경우가 없어져, 하류측의 연소기 부품을 손상시키는 문제가 없어진다. 또한, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 근원부(21)의 외경 D1을, 종래보다 굵게 함으로써 굽힘 응력이 작아지기 때문에, 용접부(50)의 내진동 강도도 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 단차부(20)와 근원부(21)의 경계 영역을, 원호 형상의 매끄러운 단면 변화로 하고 있기 때문에, 이 부위의 응력 집중 계수가 작아져, 이 부위로부터의 균열 발생과 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 파손의 우려가 작아진다.

이러한 본 실시예의 구성으로 함으로써, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 근원부(21)의 외경 D1이 종래보다 굵어져 있기 때문에, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 내진동 강도가 향상됨과 함께, 확산용 연소 버너 지지부(12)의 내경 d1보다, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 근원부(21)의 외경 D1을 크게 하고 있으므로, 예비 혼합용 연료 노즐(1)이 엔드 플랜지(7)와의 용접부(50)에서 파손되어도, 예비 혼합용 연료 노즐(1)이 하류 방향으로 비산할 우려가 없어져서, 연소기 부재에 손상을 끼칠 우려가 없어진다.

[실시예 2]

도 4에, 본 발명의 가스 터빈 연소기의 노즐 구조의 실시예 2를 도시한다.

상기 도면에 도시하는 본 실시예에서는, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 단차부(20)에 있어서의 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 외경 변화를, 그 길이 방향으로 전역에 걸쳐 원호 형상으로 한 것이다. 즉, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 단차부(20)의 형상을 필렛 형상으로 한 것으로, 단차부(20)를 필렛 형상으로 형성함으로써, 단면 변화부의 응력 집중 계수가 더욱 작아져, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 근원부(21)의 응력이 경감된다.

이러한 형상을 적용해도, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 근원부(21)의 외경은, 확산용 연소 버너 지지부(12)의 내경보다 크므로, 용접부(50)로부터 파손되어도 예비 혼합용 연료 노즐(1)이 하류 방향으로 비산할 우려는 없다.

[실시예 3]

도 5에, 본 발명의 가스 터빈 연소기의 노즐 구조의 실시예 3을 나타낸다.

상기 도면에 도시하는 본 실시예에서는, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 단차부(20)에 있어서의 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 외경 변화를, 용접의 지단부에까지 걸쳐서 원호 형상(필렛 형상)으로 함과 함께, 아울러, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 선단부(22)를 테이퍼상으로 형성한 테이퍼부로 함으로써, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 선단부(22)로부터 근원부(21)로 향하는 외경의 길이 변화를 연속적으로 한 것이다. 즉, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 외경은, 근원부(21)가 직선상, 단차부(20)가 필렛상, 선단부(22)가 테이퍼상으로 형성되어 있다.

이렇게 구성함으로써, 실시예 1 및 2와 동일한 효과를 얻을 수 있는 것은 물론, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 선단부(22)의 중량을 경감시킴과 함께, 예비 혼합 연소에 공급되는 연소 공기(2)와의 간섭이 억제되기 때문에, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 형상의 직경 확대화에 의해 예비 혼합 연소의 성능을 열화시키는 것 없이, 그 내진동 강도를 향상시킬 수 있다.

환언하면 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 확산용 연소 버너 지지부(12)로부터 선단측에서 연소 공기(2)와 접하는 영역의 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 직경을 크게 하면, 연소 공기(2)와 연료(10)의 혼합성이 열화되는 등 연소 성능에 악영향을 미칠 우려가 있지만, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 확산용 연소 버너 지지부(12)보다 근원측을 굵게 해도 악영향은 없다.

[실시예 4]

도 6에, 본 발명의 가스 터빈 연소기의 노즐 구조의 실시예 4를 도시한다.

상기 도면에 도시하는 본 실시예에서는, 실시예 3에 있어서의 단차부(20)의 필렛 형상을, 병행부(직선부)(20a)와 테이퍼부(20b)를 포함하는 형상으로 한 것이다.

이러한 구성이어도, 실시예 3과 동일한 효과가 얻어진다.

[실시예 5]

도 7에, 본 발명의 가스 터빈 연소기의 노즐 구조의 실시예 5를 도시한다.

상기 도면에 도시하는 본 실시예에서는, 실시예 4에 있어서의 단차부(20)와 동일 형상을 이루는 구멍부를 확산용 연소 버너 지지부(12)에 설치함으로써, 확산용 연소 버너 지지부(12)를 엔드 플랜지(7)측에 볼트 체결 등으로 고정할 때에, 예비 혼합용 연료 노즐(1)과 확산용 연소 버너 지지부(12)가 가압, 밀착하는 구조로 한 것이다.

이러한 구조를 채용함으로써, 상술한 실시예와 동일한 효과가 얻어지는 것은 물론, 예비 혼합용 연료 노즐(1)이 연소 진동 등으로 진동했을 때에, 예비 혼합용 연료 노즐(1)과 확산용 연소 버너 지지부(12)의 접촉 계면에서 마찰 등이 발생하여 진동이 감쇠하는 효과가 얻어진다.

이렇게 예비 혼합용 연료 노즐(1)과 확산용 연소 버너 지지부(12)를 밀착시킴으로써, 진동 감쇠시키는 효과는, 도 7의 실시예 5에 한정되는 것은 아니라, 양자가 밀착되는 형상으로 하면 발휘할 수 있다.

[실험예 1]

이어서, 본 발명자들은, 본 발명에 따른 예비 혼합 연소용의 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 내진동 강도를 평가하고, 그 효과를 종래 기술과 비교했으므로, 이하에, 그 결과에 대하여 기재한다.

본 실험예에 있어서의 피로 강도 샘플은, 도 9에 도시하는 종래 기술에 의한 예비 혼합용 연료 노즐(1) 및 도 3에 도시하는 본 발명의 실시예 1에 의한 예비 혼합용 연료 노즐(1)로 하고, 각각의 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 선단부에 변위를 부가하는 피로 시험에 의해, 각 샘플의 피로 한도를 평가하였다. 예비 혼합용 연료 노즐(1) 및 엔드 플랜지(7)의 재질은 SUS304이고, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 근원부(21)를 엔드 플랜지(7)와 필렛 용접한 것이다.

본 발명의 실시예 1에 의한 샘플은, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 단차부(20)와 근원부(21)의 경계부의 각 곡률을 R0.5와 R2.0의 2종류로 하고, 그 부위의 응력 집중 계수가 상이한 것으로 하였다. 시험 온도는 400℃에서 대기 중이다.

표 1은, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 굽힘 피로 강도에 관한 본 발명의 실시예 1과 종래 기술의 비교를 나타낸다. 여기에서는, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 피로 강도로서, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 용접부(50)에 작용하는 공칭 굽힘 응력으로 정리한 시험 결과를 사용하였다.

표 1로부터, 종래 기술에 의한 예비 혼합용 연료 노즐의 피로 강도는 약 85MPa였다. 이 결과는, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 외경이 φ10과 φ14 모두 거의 동등한 결과가 되었다.

이에 비해, 본 발명의 실시예 1에 의한 결과는, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 단차부(20)의 각 곡률이 R2로 매끄러운 것은, 실시예 1과 거의 동등한 결과가 얻어졌지만, 각 곡률이 R0.5로 예각인 것은, 피로 강도가 약간 낮은 65MPa가 되었다. 이 요인은, 각 곡률이 예각으로 응력 집중이 큰 것은 용접부(50)가 아니고, 코너부에서 파손되기 때문이었다.

이 예비 혼합용 연료 노즐(1)에 사용한 SUS304의 피로 한도는 약 200MPa이며, 용접부(50)의 피로 한도로 된 85MPa보다 큰 응력이 작용하는 단차부(20)를 설치하면, 용접부(50)보다 단차부(20)쪽이 피로 강도가 낮아지기 때문이었다. 즉, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 근원부(21)에 단차부(20)를 설치하는 경우에는, 그 응력 집중 계수가, 용접부(50)와 모재의 피로 강도의 비율인 2.35보다 작게 할 필요가 있다.

상술한 실시예에 있어서, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 외형상을 변화시켜서 불연속인 부위가 발생하는 경우에는, 그 응력 집중 계수를 적어도 2.35 이하로 하는 것이 바람직하다.

즉, 도 8에, 예비 혼합용 연료 노즐(1)의 근원부(21)에 단차부(20)를 설치한 경우의 단차부(20)의 응력 집중 계수와 용접부(50)의 피로 한도의 관계를 도시하는데, 그 도면에 도시한 바와 같이, 피로 한도가 SUS304의 피로 한도인 약 200MPa로부터 낮아져도, 용접부(50)의 피로 한도로 된 85MPa와의 교점의 응력 집중 계수가 2.35 이하이면 피로 강도는 높게 유지할 수 있는 것이 명확해서, 응력 집중 계수가 2.35 이하가 바람직함을 알 수 있다.

또한, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니라, 여러가지 변형예가 포함된다. 예를 들어, 상기한 실시예는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위하여 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 어떤 실시예의 구성의 일부를 다른 실시예의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 또한, 어떤 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 첨가하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시예의 구성 일부에 대해서, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다.

1: 예비 혼합용 연료 노즐
1a: 예비 혼합용 연료 노즐의 내부 구멍
2: 연소 공기
3: 확산용 연료 노즐
4: 보염기
5: 예비 혼합기
6: 예비 혼합용의 연료
7: 엔드 플랜지
7a: 엔드 플랜지의 구멍
8: 연소실
10: 확산 연소용의 연료
11: 예비 혼합용 연소 버너
12: 확산용 연소 버너 지지부
12a: 확산용 연소 버너 지지부의 구멍부
13: 확산용 연소 버너
20: 예비 혼합용 연료 노즐의 단차부
20a: 단차부의 병행부(직선부)
20b: 단차부의 테이퍼부
21: 예비 혼합용 연료 노즐의 근원부
22: 예비 혼합용 연료 노즐의 선단부
50: 용접부
51: 균열
100: 가스 터빈 연소기

Claims

확산 연소용의 연료를 연소실에 분사하는 확산용 연료 노즐을 갖는 확산용 연소 버너와, 예비 혼합용의 연료를 예비 혼합기에 분사하는 예비 혼합용 연료 노즐을 갖는 예비 혼합용 연소 버너와, 상기 확산용 연소 버너 및 상기 예비 혼합용 연소 버너가 기계적으로 접합된 엔드 플랜지와, 당해 엔드 플랜지에 상기 확산용 연소 버너를 고정함과 함께, 상기 예비 혼합용 연료 노즐의 상기 엔드 플랜지와의 접합부인 근원부를 덮도록 삽입 배치된 확산용 연소 버너 지지부를 구비하고,
상기 예비 혼합용 연료 노즐의 외경이 상기 엔드 플랜지와의 접합부로 향함에 따라 굵어지도록 길이 방향으로 변화하고, 또한 예비 혼합용 연료 노즐의 근원부의 최대 직경이, 상기 확산용 연소 버너 지지부에 형성된 구멍부의 내경보다 크며,
상기 예비 혼합용 연료 노즐의 근원부가, 상기 엔드 플랜지와 필렛 용접되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연소기의 연료 노즐 구조.
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제1항에 있어서,
상기 예비 혼합용 연료 노즐의 외경은, 가장 굵은 상기 근원부와, 당해 근원부보다는 가는 단차부와, 당해 단차부와 동등한 굵기이거나 또는 당해 단차부보다 가는 선단부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연소기의 연료 노즐 구조.
제3항에 있어서,
상기 근원부와 단차부가, 상기 확산용 연소 버너 지지부에 형성된 구멍부 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연소기의 연료 노즐 구조.
제3항에 있어서,
상기 근원부와 단차부의 경계 영역은, 원호 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연소기의 연료 노즐 구조.
제3항에 있어서,
상기 단차부는, 필렛 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연소기의 연료 노즐 구조.
제3항에 있어서,
상기 예비 혼합용 연료 노즐의 외경은, 상기 근원부가 직선상, 상기 단차부가 필렛상, 상기 선단부가 테이퍼상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연소기의 연료 노즐 구조.
제7항에 있어서,
상기 단차부의 필렛 형상은, 직선부와 테이퍼부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연소기의 연료 노즐 구조.
제5항에 있어서,
상기 확산용 연소 버너 지지부에 형성된 구멍부의 내경 형상은, 상기 예비 혼합용 연료 노즐의 외경 형상과 동일하게 형성되고, 또한 상기 확산용 연소 버너 지지부에 형성된 구멍부와 상기 예비 혼합용 연료 노즐이 밀착하고 있는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연소기의 연료 노즐 구조.
제5항에 있어서,
상기 예비 혼합용 연료 노즐의 외경은, 길이 방향으로 불연속으로 변화하는 부위의 응력 집중 계수가 2.35 이하인 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연소기의 연료 노즐 구조.