KR102343002B1 - Nozzle for combustor, combustor, and gas turbine including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 연소기용 노즐, 이를 포함하는 연소기, 및 가스 터빈에 관한 것이다. The present invention relates to a nozzle for a combustor, a combustor comprising the same, and a gas turbine.
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. A gas turbine is a power engine that mixes and burns compressed air and fuel compressed in a compressor, and rotates the turbine with high-temperature gas generated by combustion. Gas turbines are used to power generators, aircraft, ships, trains, and the like.
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 압축기로부터 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.A gas turbine generally includes a compressor, a combustor and a turbine. The compressor sucks in the outside air, compresses it, and delivers it to the combustor. The compressed air in the compressor is in a state of high pressure and high temperature. The combustor mixes and combusts the compressed air introduced from the compressor and fuel. The combustion gases generated by the combustion are discharged to the turbine. The turbine blades inside the turbine are rotated by the combustion gas, and power is generated through this. The generated power is used in various fields such as power generation and driving of mechanical devices.
연료는 각 연소기 내에 설치된 노즐을 통해서 분사되며 기체 연료는 노즐 내부에서 미리 혼합되어 분사할 수 있다. NOx를 저감하기 위해서는 연료와 가스가 균일하게 혼합되어야 되어야 한다. 그러나 종래의 연소기 노즐은 연료와 공기가 균일하게 혼합되지 못하는 문제가 있었다.Fuel is injected through a nozzle installed in each combustor, and gaseous fuel may be pre-mixed and injected inside the nozzle. To reduce NOx, fuel and gas must be uniformly mixed. However, the conventional combustor nozzle has a problem in that fuel and air cannot be uniformly mixed.
상기한 바와 같은 기술적 배경을 바탕으로, 본 발명은 연료를 균일하게 분사할 수 있는 노즐, 이를 포함하는 연소기, 및 가스 터빈을 제공하고자 한다.Based on the technical background as described above, the present invention is to provide a nozzle capable of uniformly injecting fuel, a combustor including the same, and a gas turbine.
본 발명의 일 측면에 따른 연소기용 노즐은 내부에 연료가 이동하는 연료 통로가 형성된 메인 실린더, 상기 메인 실린더를 감싸는 노즐 슈라우드, 및 상기 메인 실린더와 상기 노즐 슈라우드 사이에 배치되어 연료를 분사하는 연료 분사 모듈을 포함하며, 상기 연료 분사 모듈은, 상기 메인 실린더에서 돌출되며 연료를 분사하는 페그 분사 홀을 갖는 복수의 제1 페그와, 상기 제1 페그들의 외측단에 결합된 제1 지지관을 포함하고, 상기 제1 지지관에는 연료를 분사하는 복수의 중간 분사 홀이 형성될 수 있다.A nozzle for a combustor according to an aspect of the present invention includes a main cylinder having a fuel passage through which fuel moves, a nozzle shroud surrounding the main cylinder, and a fuel injection disposed between the main cylinder and the nozzle shroud to inject fuel a module, wherein the fuel injection module includes a plurality of first pegs protruding from the main cylinder and having peg injection holes for injecting fuel, and a first support pipe coupled to outer ends of the first pegs, , A plurality of intermediate injection holes for injecting fuel may be formed in the first support pipe.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 제1 지지관의 내부에는 둘레 방향으로 이어진 중간 전달 통로가 형성되고, 상기 중간 전달 통로는 상기 제1 페그 내부에 형성된 페그 통로와 연결될 수 있다.An intermediate transmission passage extending in a circumferential direction may be formed inside the first support tube according to an aspect of the present invention, and the intermediate transmission passage may be connected to a peg passage formed inside the first peg.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 연료 분사 모듈은 상기 제1 지지관에서 돌출되며 연료를 분사하는 페그 분사 홀이 형성된 복수의 더 제2 페그를 포함할 수 있다.The fuel injection module according to an aspect of the present invention may include a plurality of more second pegs protruding from the first support pipe and having peg injection holes for injecting fuel.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 제2 페그에는 상기 페그 분사 홀과 연결된 페그 통로가 형성되고, 상기 페그 통로는 상기 중간 전달 통로와 연결될 수 있다.A peg passage connected to the peg injection hole may be formed in the second peg according to an aspect of the present invention, and the peg passage may be connected to the intermediate transfer passage.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 연료 분사 모듈은 제2 페그들의 외측을 연결하는 제2 지지관과 상기 제2 지지관에서 돌출된 복수의 제3 페그들을 더 포함할 수 있다.The fuel injection module according to an aspect of the present invention may further include a second support pipe connecting the outside of the second pegs and a plurality of third pegs protruding from the second support pipe.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 노즐 슈라우드에는 상기 제3 페그들과 연결되며 상기 노즐 슈라우드의 둘레 방향으로 이어진 외측 전달 통로가 형성될 수 있다.In the nozzle shroud according to an aspect of the present invention, an outer transmission passage connected to the third pegs and extending in a circumferential direction of the nozzle shroud may be formed.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 노즐 슈라우드에는 상기 외측 전달 통로와 연결되며 상기 노즐 슈라우드의 내면으로 연료를 분사하는 복수의 외측 분사 홀이 형성될 수 있다.In the nozzle shroud according to an aspect of the present invention, a plurality of outer injection holes connected to the outer transmission passage and injecting fuel into the inner surface of the nozzle shroud may be formed.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 메인 실린더는 내측 튜브와 상기 내측 튜브를 감싸는 외측 튜브를 포함하고, 상기 내측 튜브와 외측 튜브 사이에는 내측 베인이 설치되며, 상기 내측 베인의 내부에는 상기 연료 분사 모듈에 연료를 공급하는 연결 통로와 상기 내측 베인에 형성된 분사 홀에 연료를 공급하는 분사 통로가 형성되고, 상기 연결 통로와 상기 분사 통로는 분리될 수 있다.The main cylinder according to an aspect of the present invention includes an inner tube and an outer tube surrounding the inner tube, and an inner vane is installed between the inner tube and the outer tube, and the fuel injection module is installed inside the inner vane. A connection passage for supplying fuel and an injection passage for supplying fuel to the injection hole formed in the inner vane may be formed, and the connection passage and the injection passage may be separated.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 메인 실린더는 상기 연료 분사 모듈에 연료를 공급하는 분배부재를 더 포함하고, 상기 분배 부재는 상기 내측 튜브에 끼워지는 제1 가이드관, 상기 제1 가이드관에서 이격되며 상기 외측 튜브에 끼워지는 제2 가이드관, 및 상기 제1 가이드관과 상기 제2 가이드관 사이에 위치하는 상기 내측 베인을 포함하고, 상기 제1 가이드관의 내부에는 상기 연결 통로와 연결된 제1 연료통로와 상기 분사 통로와 연결된 제2 연료 통로가 형성될 수 있다.The main cylinder according to an aspect of the present invention further includes a distribution member for supplying fuel to the fuel injection module, wherein the distribution member is a first guide pipe fitted to the inner tube, spaced apart from the first guide pipe, A second guide tube fitted to the outer tube, and the inner vane positioned between the first guide tube and the second guide tube, the interior of the first guide tube is a first fuel tank connected to the connection passage A second fuel passage connected to the furnace and the injection passage may be formed.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 제2 가이드관의 외주면에는 상기 제2 가이드관의 둘레 방향으로 이어진 분배 통로가 형성되고, 상기 분배 통로에 상기 연결 통로가 복수 개 연결될 수 있다.A distribution passage extending in a circumferential direction of the second guide tube may be formed on an outer circumferential surface of the second guide tube according to an aspect of the present invention, and a plurality of connection passages may be connected to the distribution passage.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 분사 모듈의 전방에는 와류를 형성하는 외측 스월러가 설치될 수 있다.An outer swirler that forms a vortex may be installed in front of the injection module according to an aspect of the present invention.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 제1 지지관의 두께는 상기 제1 지지관 관의 폭방향 외측에서 중앙으로 갈수록 점진적으로 증가하도록 형성될 수 있다.The thickness of the first support tube according to an aspect of the present invention may be formed to gradually increase from the outside in the width direction of the first support tube to the center.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 제1 페그는 후방으로 돌출되어 유동을 안내하는 안내판을 더 포함하고, 상기 안내판은 상기 제1 페그의 높이방향 중앙에서 외측으로 갈수록 후방으로 더 돌출되도록 형성된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.The first peg according to an aspect of the present invention further includes a guide plate protruding backward to guide the flow, and the guide plate is formed to protrude more rearward from the center in the height direction of the first peg to the outside. Nozzle for combustor.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 제1 페그의 높이는 상기 제2 페그의 높이보다 더 크게 형성될 수 있다.The height of the first peg according to an aspect of the present invention may be formed to be greater than the height of the second peg.
본 발명의 다른 측면에 따른 연소기는, 연료와 공기를 분사하는 복수의 노즐을 갖는 버너, 상기 버너의 일측에 결합되며 상기 연료와 상기 공기가 내부에서 연소되며 연소된 가스를 터빈으로 전달하는 덕트 조립체를 포함하며, 상기 노즐은, 내부에 연료가 이동하는 연료 통로가 형성된 메인 실린더, 상기 메인 실린더를 감싸는 노즐 슈라우드, 및 상기 메인 실린더와 상기 노즐 슈라우드 사이에 배치되어 연료를 분사하는 연료 분사 모듈을 포함하고, 상기 연료 분사 모듈은, 상기 메인 실린더에서 돌출되며 연료를 분사하는 페그 분사 홀을 갖는 복수의 제1 페그와, 상기 제1 페그들의 외측단에 결합된 제1 지지관을 포함하고, 상기 제1 지지관에는 연료를 분사하는 복수의 중간 분사 홀이 형성될 수 있다.A combustor according to another aspect of the present invention, a burner having a plurality of nozzles for injecting fuel and air, is coupled to one side of the burner, the fuel and the air are burned inside, and a duct assembly for delivering the combusted gas to the turbine The nozzle includes a main cylinder having a fuel passage through which fuel moves therein, a nozzle shroud surrounding the main cylinder, and a fuel injection module disposed between the main cylinder and the nozzle shroud to inject fuel and a plurality of first pegs protruding from the main cylinder and having peg injection holes for injecting fuel, and a first support pipe coupled to outer ends of the first pegs, A plurality of intermediate injection holes for injecting fuel may be formed in the first support pipe.
본 발명의 다른 측면에 따른 상기 제1 지지관의 내부에는 둘레 방향으로 이어진 중간 전달 통로가 형성되고, 상기 중간 전달 통로는 상기 제1 페그 내부에 형성된 페그 통로와 연결될 수 있다.An intermediate transmission passage extending in a circumferential direction is formed inside the first support tube according to another aspect of the present invention, and the intermediate transmission passage may be connected to a peg passage formed in the first peg.
본 발명의 다른 측면에 따른 상기 연료 분사 모듈은 상기 제1 지지관에서 돌출되며 연료를 분사하는 페그 분사 홀이 형성된 복수의 제2 페그를 포함할 수 있다.The fuel injection module according to another aspect of the present invention may include a plurality of second pegs protruding from the first support pipe and having peg injection holes for injecting fuel.
본 발명의 다른 측면에 따른 상기 제2 페그에는 상기 페그 분사 홀과 연결된 페그 통로가 형성되고, 상기 페그 통로는 상기 중간 전달 통로와 연결될 수 있다.A peg passage connected to the peg injection hole may be formed in the second peg according to another aspect of the present invention, and the peg passage may be connected to the intermediate transfer passage.
본 발명의 다른 측면에 따른 상기 메인 실린더는 내측 튜브와 상기 내측 튜브를 감싸는 외측 튜브를 포함하고, 상기 내측 튜브와 외측 튜브 사이에는 내측 베인이 설치되며, 상기 내측 베인의 내부에는 상기 연료 분사 모듈에 연료를 공급하는 연결 통로와 상기 내측 베인에 형성된 분사 홀에 연료를 공급하는 분사 통로가 형성되고, 상기 연결 통로와 상기 분사 통로는 분리될 수 있다.The main cylinder according to another aspect of the present invention includes an inner tube and an outer tube surrounding the inner tube, and an inner vane is installed between the inner tube and the outer tube, and the fuel injection module is installed inside the inner vane. A connection passage for supplying fuel and an injection passage for supplying fuel to the injection hole formed in the inner vane may be formed, and the connection passage and the injection passage may be separated.
본 발명의 다른 측면에 따른 상기 메인 실린더는 상기 연료 분사 모듈에 연료를 공급하는 분배부재를 더 포함하고, 상기 분배 부재는 상기 내측 튜브에 끼워지는 제1 가이드관, 상기 제1 가이드관에서 이격되며 상기 외측 튜브에 끼워지는 제2 가이드관, 및 상기 제1 가이드관과 상기 제2 가이드관 사이에 위치하는 상기 내측 베인을 포함하고, 상기 제1 가이드관의 내부에는 상기 연결 통로와 연결된 제1 연료통로와 상기 분사 통로와 연결된 제2 연료 통로가 형성될 수 있다.The main cylinder according to another aspect of the present invention further comprises a distribution member for supplying fuel to the fuel injection module, the distribution member is a first guide pipe fitted to the inner tube, spaced apart from the first guide pipe, A second guide tube fitted to the outer tube, and the inner vane positioned between the first guide tube and the second guide tube, the interior of the first guide tube is a first fuel tank connected to the connection passage A second fuel passage connected to the furnace and the injection passage may be formed.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 가스 터빈은 외부에서 유입된 공기를 압축하는 압축기, 상기 압축기에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소하는 연소기 및 상기 연소기에서 연소된 연소 가스에 의해 회전하는 복수의 터빈 블레이드를 포함하는 터빈을 포함하고, 상기 연소기는, 연료와 공기를 분사하는 복수의 노즐을 갖는 버너, 상기 버너의 일측에 결합되며 상기 연료와 상기 공기가 내부에서 연소되며 연소된 가스를 터빈으로 전달하는 덕트 조립체를 포함하며, 상기 노즐은, 내부에 연료가 이동하는 연료 통로가 형성된 메인 실린더, 상기 메인 실린더를 감싸는 노즐 슈라우드, 및 상기 메인 실린더와 상기 노즐 슈라우드 사이에 배치되어 연료를 분사하는 연료 분사 모듈을 포함하고, 상기 연료 분사 모듈은, 상기 메인 실린더에서 돌출되며 연료를 분사하는 페그 분사 홀을 갖는 복수의 제1 페그와, 상기 제1 페그들의 외측단에 결합된 제1 지지관을 포함하고, 상기 제1 지지관에는 연료를 분사하는 복수의 중간 분사 홀이 형성될 수 있다.A gas turbine according to another aspect of the present invention includes a compressor that compresses air introduced from the outside, a combustor that mixes fuel with compressed air compressed in the compressor, and a plurality of rotating by the combustion gas burned in the combustor. A turbine including a turbine blade, wherein the combustor includes a burner having a plurality of nozzles for injecting fuel and air, coupled to one side of the burner, the fuel and the air are burned inside, and the combusted gas is converted into a turbine a duct assembly for delivering, wherein the nozzle includes a main cylinder having a fuel passage through which fuel moves therein, a nozzle shroud surrounding the main cylinder, and a fuel disposed between the main cylinder and the nozzle shroud to inject fuel an injection module, wherein the fuel injection module includes a plurality of first pegs protruding from the main cylinder and having peg injection holes for injecting fuel, and a first support pipe coupled to outer ends of the first pegs and a plurality of intermediate injection holes for injecting fuel may be formed in the first support pipe.
본 발명의 일 측면에 따른 연소기용 노즐은 제1 페그와 지지관을 통해서 연료가 분사되므로 보다 균일하게 연료를 분사될 수 있다.In the nozzle for a combustor according to an aspect of the present invention, fuel is injected through the first peg and the support pipe, so that the fuel can be more uniformly injected.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 터빈의 내부가 도시된 도면이다.
도 2는 도 1의 연소기를 도시한 도면이다.
도 3는 본 발명의 제1 실시예에 따른 노즐을 길이방향으로 잘라 본 단면도이다.
도 4는 도 4에서 A1 구역을 확대하여 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 분배부재를 잘라 본 절개 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 분사 모듈을 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 페그를 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 지지관을 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 제1 지지관을 도시한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료 분사 모듈을 도시한 단면도이다.1 is a view showing the inside of a gas turbine according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing the combustor of FIG. 1 .
3 is a cross-sectional view taken along the longitudinal direction of the nozzle according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an enlarged view of area A1 in FIG. 4 .
5 is a cutaway perspective view of the distribution member according to the first embodiment of the present invention.
6 is a perspective view illustrating a fuel injection module according to a first embodiment of the present invention.
7 is a perspective view illustrating a first peg according to a first embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view illustrating a first support pipe according to a second embodiment of the present invention.
9 is a cross-sectional view showing a first support pipe according to a third embodiment of the present invention.
10 is a cross-sectional view illustrating a fuel injection module according to a fourth embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as 'comprising' or 'having' are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, and one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this case, it should be noted that in the accompanying drawings, the same components are denoted by the same reference numerals as much as possible. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted. For the same reason, some components are exaggerated, omitted, or schematically illustrated in the accompanying drawings.
이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 터빈에 대해서 설명한다.Hereinafter, a gas turbine according to a first embodiment of the present invention will be described.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 내부가 도시된 도면이며, 도 2는 도 1의 연소기를 도시한 도면이다. FIG. 1 is a view showing the inside of a gas turbine according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing the combustor of FIG. 1 .
본 실시예를 따르는 가스 터빈(1000)의 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 구성될 수 있다. 즉, 대기의 공기를 흡입하여 고압으로 압축한 후 정압 환경에서 연료를 연소하여 열에너지를 방출하고, 이 고온의 연소 가스를 팽창시켜 운동에너지로 변환시킨 후에 잔여 에너지를 담은 배기가스를 대기 중으로 방출할 수 있다. 즉, 압축, 가열, 팽창, 방열의 4 과정으로 사이클이 이루어질 수 있다. The thermodynamic cycle of the
위와 같은 브레이튼 사이클을 실현하는 가스 터빈(1000)은 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(1100), 연소기(1200) 및 터빈(1300)을 포함할 수 있다. 이하의 설명은 도 1을 참조하겠지만, 본 발명의 설명은 도 1에 예시적으로 도시된 가스 터빈(1000)과 동등한 구성을 가진 터빈 기관에 대해서도 폭넓게 적용될 수 있다.As shown in FIG. 1 , the
도 1을 참조하면, 가스 터빈(1000)의 압축기(1100)는 외부로부터 공기를 흡입하여 압축할 수 있다. 압축기(1100)는 압축기 블레이드(1130)에 의해 압축된 압축 공기를 연소기(1200)에 공급하고, 또한 가스 터빈(1000)에서 냉각이 필요한 고온 영역에 냉각용 공기를 공급할 수 있다. 이때, 흡입된 공기는 압축기(1100)에서 단열 압축 과정을 거치게 되므로, 압축기(1100)를 통과한 공기의 압력과 온도는 올라가게 된다. Referring to FIG. 1 , a
압축기(1100)는 원심 압축기(centrifugal compressors)나 축류 압축기(axial compressor)로 설계되는데, 소형 가스 터빈에서는 원심 압축기가 적용되는 반면, 도 1에 도시된 것과 같은 대형 가스 터빈(1000)은 대량의 공기를 압축해야 하기 때문에 다단 축류 압축기(1100)가 적용되는 것이 일반적이다. 이때, 다단 축류 압축기(1100)에서는, 압축기(1100)의 블레이드(1130)는 로터 디스크의 회전에 따라 회전하여 유입된 공기를 압축하면서 압축된 공기를 후단의 압축기 베인(1140)으로 이동시킨다. 공기는 다단으로 형성된 블레이드(1130)를 통과하면서 점점 더 고압으로 압축된다. The
압축기 베인(1140)은 하우징(1150)의 내부에 장착되며, 복수의 압축기 베인(1140)이 단을 형성하며 장착될 수 있다. 압축기 베인(1140)은 전단의 압축기 블레이드(1130)로부터 이동된 압축 공기를 후단의 블레이드(1130) 측으로 안내한다. 일 실시예에서 복수의 압축기 베인(1140) 중 적어도 일부는 공기의 유입량의 조절 등을 위해 정해진 범위 내에서 회전 가능하도록 장착될 수 있다. The
압축기(1100)는 터빈(1300)에서 출력되는 동력의 일부를 사용하여 구동될 수 있다. 이를 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(1100)의 회전축과 터빈(1300)의 회전축은 직결될 수 있다. 대형 가스 터빈(1000)의 경우, 터빈(1300)에서 생산되는 출력의 거의 절반 정도가 압축기(1100)를 구동시키는데 소모될 수 있다. 따라서, 압축기(1100)의 효율을 향상시키는 것은 가스 터빈(1000)의 전체 효율을 향상시키는데 직접적인 영향을 미치게 된다.The
터빈(1300)은 로터 디스크(1310)와 로터 디스크(1310)에 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 블레이드(1320)와 터빈 베인(1330)을 포함한다. 로터 디스크(1310)는 대략 원판 형태를 가지고 있고, 그 외주부에는 복수의 홈이 형성되어 있다. 홈은 굴곡면을 갖도록 형성되며 홈에 터빈 블레이드(1320)와 터빈 베인(1330)이 삽입된다. 터빈 블레이드(1320)는 도브테일 등의 방식으로 로터 디스크(1310)에 결합될 수 있다. 터빈 베인(1330)은 회전하지 않도록 고정되며 터빈 블레이드(1320)를 통과한 연소 가스의 흐름 방향을 안내한다. 터빈 블레이드(1320)는 연소가스에 의하여 회전하면서 회전력을 생성한다.The
한편, 연소기(1200)는 압축기(1100)의 출구로부터 공급되는 압축 공기를 연료와 혼합하여 등압 연소시켜 높은 에너지의 연소 가스를 만들어 낼 수 있다.On the other hand, the
도 2는 가스 터빈(1000)에 적용되는 연소기(1200)의 일례를 보여준다. 연소기(1200)는 연소기 케이싱(1210), 버너(1220), 및 덕트 조립체(1250)를 포함할 수 있다. 2 shows an example of a
연소기 케이싱(1210)은 복수의 버너(1220)를 감싸며 대략 원통 형상으로 이루어질 수 있다. 버너(1220)는 압축기(1100)의 하류에 배치되며, 환형을 이루는 연소기 케이싱(1210)을 따라 배치될 수 있다. 각 버너(1220)에는 복수 개의 노즐(1400)이 구비되며, 이 노즐(1400)에서 분사되는 연료가 공기와 적절한 비율로 혼합되어 연소에 적합한 상태를 이루게 된다.The
가스 터빈(1000)에는 가스 연료와 액체 연료, 또는 이들이 조합된 복합 연료가 사용될 수 있다. 법적 규제 대상이 되는 일산화탄소와 질소산화물 등의 배출가스 양을 저감하기 위한 연소 환경을 만드는 것이 중요한데, 연소 제어가 상대적으로 어렵기는 하지만 연소 온도를 낮추고 균일한 연소를 만들어 배출가스를 줄일 수 있다는 장점이 있어 근래에는 예혼합 연소가 많이 적용된다. In the
예혼합 연소의 경우에는 압축 공기가 노즐(1400)에서 미리 분사되는 연료와 혼합된 후 연소실(1240) 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 is mixed with the fuel pre-injected from the
도 2를 참조하면, 버너(1220)와 터빈(1300) 사이를 연결하여 고온의 연소가스가 유동하는 덕트 조립체(1250)의 외면을 따라 압축공기가 흘러서 노즐(1400) 쪽으로 공급되며, 이 과정에서 고온의 연소가스에 의해 가열된 덕트 조립체(1250)가 적절히 냉각된다.Referring to FIG. 2 , compressed air flows along the outer surface of the
덕트 조립체(1250)는 라이너(1251), 트랜지션피스(1252), 및 유동 슬리브(1253)를 포함할 수 있다. 덕트 조립체(1250)는 라이너(1251)와 트랜지션피스(1252)의 바깥을 유동 슬리브(1253)가 감싸는 이중 구조로 이루어져 있으며, 압축공기는 유동 슬리브(1253) 안쪽에 형성된 냉각 통로(1257) 내부로 침투하여 라이너(1251)와 트랜지션피스(1252)를 냉각시킨다.
라이너(1251)는 연소기(1200)의 버너(1220)에 연결되는 관 부재로서, 라이너(1251) 내부의 공간이 연소실(1240)을 형성하게 된다. 라이너(1251)의 길이방향 일측 단부는 버너(1220)에 결합되고 라이너(1251)의 길이방향 타측 단부는 트랜지션피스(1252)에 결합된다.The
그리고, 트랜지션피스(1252)는 터빈(1300)의 입구와 연결되어 고온의 연소가스를 터빈(1300)으로 유도하는 역할을 한다. 트랜지션피스(1252)의 길이방향 일측 단부는 라이너(1251)와 결합되고, 트랜지션피스(1252)의 길이방향 타측 단부는 터빈(1300)과 결합된다. 유동 슬리브(1253)는 라이너(1251)와 트랜지션피스(1252)를 보호하는 한편 고온의 열기가 외부로 직접 방출되는 것을 막아주는 역할을 한다.And, the
덕트 조립체(1250)의 단부에는 노즐 케이싱(1260)이 결합 설치되고, 노즐 케이싱(1260)에는 노즐들(1400)을 지지하는 헤드 플레이트(1270)가 결합 설치된다.A
노즐 케이싱(1260)은 대략 원형의 관으로 이루어지며, 복수의 노즐(1400)을 감싸도록 설치된다. 노즐 케이싱(1260)의 일측 단부는 덕트 조립체(1250)와 결합되고, 노즐 케이싱(1260)의 타측 단부는 노즐 케이싱(1260)의 후방에 설치된 헤드 플레이트(1270)와 결합된다. 노즐 케이싱(1260) 내부에는 복수의 노즐(1400)이 설치될 수 있으며, 노즐들(1400)은 노즐 케이싱(1260)의 둘레 방향을 따라 이격 배열될 수 있다. The
헤드 플레이트(1270)는 원판 형상으로 이루어지며, 노즐 케이싱(1260)과 결합되어 노즐들(1400)을 지지한다. 헤드 플레이트(1270)에는 복수의 노즐들(1400)과 노즐들(1400)에 연료를 공급하는 연료 주입기가 설치될 수 있다. 헤드 플레이트(1270)에는 노즐을 지지하는 노즐 플랜지(1470)가 고정될 수 있다. The
도 3는 본 발명의 제1 실시예에 따른 노즐을 길이방향으로 잘라 본 단면도이며, 도 4는 도 4에서 A1 구역을 확대하여 도시한 도면이다. 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 분배부재를 잘라 본 절개 사시도이다.3 is a cross-sectional view of the nozzle according to the first embodiment of the present invention cut in the longitudinal direction, and FIG. 4 is an enlarged view of the area A1 in FIG. 4 . 5 is a cutaway perspective view of the distribution member according to the first embodiment of the present invention.
도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면, 노즐(1400)은 메인 실린더(1410)와 메인 실린더(1410)를 감싸는 노즐 슈라우드(1420), 메인 실린더(1410)과 노즐 슈라우드(1420) 사이에 설치되어 연료를 분사하는 외측 스월러(1460), 메인 실린더(1410)과 노즐 슈라우드(1420) 사이에서 연료를 분사하는 연료 분사 모듈(1600), 및 연료를 공급하는 노즐 플랜지(1470)를 포함할 수 있다. 3 to 5, the
메인 실린더(1410)와 노즐 슈라우드(1420)는 동축 구조로 이루어지며, 메인 실린더(1410) 내부에는 연료 및 공기가 공급된다. 노즐 슈라우드(1420)와 메인 실린더(1410) 사이의 공간에는 공기가 이동하는 제1 예혼합 통로(1451)가 형성되며, 제1 예혼합 통로(1451)에는 연료가 분사될 수 있다. 메인 실린더(1410)는 내측 튜브(1411)와 내측 튜브(1411)를 감싸는 외측 튜브(1412), 및 내측 튜브(1411) 및 외측 튜브(1412)에 결합되어 연료 분사 모듈(1600)에 연료를 공급하는 분배부재(1500)를 포함할 수 있다. The
내측 튜브(1411)와 외측 튜브(1412) 사이에는 제2 예혼합 통로(1452)가 형성되고, 내측 튜브(1411)와 외측 튜브(1412) 사이에는 연료를 분사하는 내측 베인(1530)이 설치될 수 있다. 내측 베인(1530)은 유동을 안내하고 연료를 분사할 수 있다. 한편, 내측 튜브(1411)의 내측에는 연료가 이동하는 메인 연료 통로(1453)이 형성될 수 있다. 메인 연료 통로(1453)에는 액체 연료가 분사될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.A
노즐 슈라우드(1420)와 메인 실린더(1410) 사이에 형성된 제1 예혼합 통로(1451)로 공기가 유입되며, 노즐 슈라우드(1420)의 후단에는 공기가 유입되는 유입구가 형성될 수 있다. 분배부재(1500)는 메인 실린더(1410)에 결합된다.Air is introduced into the
분배부재(1500)는 내측 튜브(1411)에 끼워지는 제1 가이드관(1510), 제1 가이드관(1510)에서 이격되며 외측 튜브(1412)에 끼워지는 제2 가이드관(1520), 및 제1 가이드관(1510)과 제2 가이드관(1520) 사이에 위치하는 내측 베인(1530)을 포함할 수 있다. 제1 가이드관(1510)은 내측 튜브(1411)를 구성하고, 제2 가이드관(1520)은 외측 튜브(1412)를 구성한다.The
제1 가이드관(1510)의 후단은 노즐 플랜지(1470)에 연결되어 노즐 플랜지(1470)로부터 연료를 공급받는다. 제1 가이드관(1510)의 내부에는 연료 분사 모듈(1600)에 연료를 공급하는 제1 연료 통로(1541)와 내측 베인(1530) 내부로 연료를 공급하는 제2 연료 통로(1543)가 형성될 수 있다. The rear end of the
제1 연료 통로(1541)의 후단에는 제1 연료 입구(1542)가 형성되고, 제2 연료 통로(1543)의 후단에는 제2 연료 입구(1545)가 형성된다. 제2 연료 입구(1545)는 제1 연료 입구(1542)보다 더 후방에 위치할 수 있다. 제1 가이드관(1510)의 내부에는 복수의 제1 연료 통로(1541)와 제2 연료 통로(1543)가 형성될 수 있으며, 제1 연료 통로(1541)와 제2 연료 통로(1543)는 제1 가이드관(1510)의 둘레 방향으로 이격 배치된다. A
내측 베인(1530)은 내측 튜브(1411)와 외측 튜브(1412) 사이에 위치하여 내측 튜브(1411)와 외측 튜브(1412) 사이의 공간으로 연료를 분사하며, 스월을 형성한다. 내측 베인(1530)의 내부에는 연료 분사 모듈(1600)에 연료를 공급하는 연결 통로(1531)와 내측 베인(1530)에 형성된 베인 분사 홀(1533)에 연료를 공급하는 분사 통로(1532)가 형성된다. 연결 통로(1531)와 분사 통로(1532)는 분리되어 연결 통로(1531)의 연료와 분사 통로(1532)의 연료가 혼합되지 않는다. 분사 통로(1532)는 연결 통로(1531)보다 더 전방에 위치할 수 있다.The
제2 가이드관(1520)의 외주면에는 제2 가이드관(1520)의 둘레 방향으로 이어진 분배 통로(1651)가 형성되고, 분배 통로(1651)에 복수의 연결 통로(1531)가 연결된다. 분배 통로(1651)는 연료 분사 모듈(1600)의 내면과 제2 가이드관(1520)의 외면에 의하여 형성된다.A
이와 같이 본 실시예에 따른 분배부재(1500)는 일부의 연료를 내측 베인(1530)을 통해서 제1 예혼합 통로(1451)로 분사하고, 나머지 연료를 연료 분사 모듈(1600)을 통해서 제2 예혼합 통로(1452)로 분사할 수 있다. 또한, 연료의 이동 및 분사가 내측 베인(1530)에 의하여 이루어지므로 단순한 구조를 통해서 연료를 용이하게 분배하고 이동시킬 수 있다.As such, the
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 분사 모듈을 도시한 사시도이고, 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 페그를 도시한 사시도이다.6 is a perspective view illustrating a fuel injection module according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a perspective view illustrating a first peg according to the first embodiment of the present invention.
도 4, 도 6, 및 도 7을 참조하여 설명하면, 연료 분사 모듈(1600)은 분배부재(1500)와 연결되며, 제1 예혼합 통로(1451)에 연료를 분사한다. 연료 분사 모듈(1600)의 외측단은 노즐 슈라우드(1420)에 끼움되고, 연료 분사 모듈(1600)의 내측단은 외측 튜브(1412)에 끼움된다. 연료 분사 모듈(1600)은 제1 페그(1621), 제2 페그(1622), 제3 페그(1623), 내측 지지관(1611), 제1 지지관(1612), 제2 지지관(1613), 및 외측 지지관(1614)을 포함할 수 있다.4, 6, and 7 , the
내측 지지관(1611)은 분배부재(1500)와 결합되며, 내측 지지관(1611)에는 연료가 유입되는 복수의 도입구(1680)가 형성될 수 있다. 도입구(1680)는 내측 지지관(1611)의 둘레 방향으로 이격되며, 분배 통로(1651)와 연결된다. The
내측 지지관(1611)의 외면에는 연료를 분사하는 복수의 내측 분사 홀(1631)이 형성되며, 내측 분사 홀(1631)은 분배 통로(1651)와 연결된다. 내측 지지관(1611)은 메인 실린더(1410)의 외측 튜브(1412)를 구성하며, 이에 따라 메인 실린더(1410)는 내측 지지관(1611)을 통해서 제1 예혼합 통로(1451)에 연료를 분사할 수 있다.A plurality of
제1 지지관(1612)은 제1 페그(1621)들의 외측단과 결합되어 제1 페그(1621)들을 지지한다. 내측 지지관(1611)과 제1 지지관(1612)은 원형의 고리 형상으로 이루어지며 동축 구조로 배치될 수 있다.The
제1 지지관(1612)의 내부에는 둘레 방향으로 이어진 중간 전달 통로(1652)가 형성되고 중간 전달 통로(1652)는 제1 페그(1621)의 내부에 형성된 페그 통로(1670)와 연결되어 제1 페그(1621)에서 연료를 전달 받는다. 또한, 중간 전달 통로(1652)는 제2 페그(1622)의 내부에 형성된 페그 통로(1670)와 연결되어 제2 페그(1622)로 연료를 전달한다. 제1 지지관(1612)의 내면과 외면에는 연료를 분사하는 복수의 중간 분사 홀(1630)이 형성되며, 중간 분사 홀(1630)은 중간 전달 통로(1652)와 연결된다.An
제2 지지관(1613)은 제2 페그(1622)들의 외측단과 결합되어 제2 페그(1622)들을 지지한다. 제2 지지관(1613)과 제1 지지관(1612)은 원형의 고리 형상으로 이루어지며 동축 구조로 배치될 수 있다.The
제2 지지관(1613)의 내부에는 둘레 방향으로 이어진 중간 전달 통로(1653)가 형성되고 중간 전달 통로(1653)는 제2 페그(1622)의 내부에 형성된 페그 통로(1670)와 연결되어 제2 페그(1622)에서 연료를 전달 받는다. 또한, 중간 전달 통로(1653)는 제3 페그(1623)의 내부에 형성된 페그 통로(1670)와 연결되어 제3 페그(1623)로 연료를 전달한다. 제2 지지관(1613)의 내면과 외면에는 연료를 분사하는 복수의 중간 분사 홀(1630)이 형성되며, 중간 분사 홀(1630)은 중간 전달 통로(1653)와 연결된다.An
외측 지지관(1614)은 제3 페그(1623)들의 외측단과 결합되어 제3 페그(1623)들을 지지한다. 외측 지지관(1614)은 원형의 고리 형상으로 이루어지며 노즐 슈라우드(1420)에 끼워져 노즐 슈라우드(1420)를 구성한다.The
외측 지지관(1614)의 내부에는 둘레 방향으로 이어진 외측 전달 통로(1654)가 형성되고 외측 전달 통로(1654)는 제3 페그(1623)의 내부에 형성된 페그 통로(1670)와 연결되어 제3 페그(1623)에서 연료를 전달 받는다. 외측 지지관(1614)의 내면에는 연료를 분사하는 복수의 외측 분사 홀(1632)이 형성되며, 외측 분사 홀(1632)은 외측 전달 통로(1654)와 연결된다. An
외측 지지관(1614)은 노즐 슈라우드(1420)의 일부를 이루므로, 외측 전달 통로(1654)와 외측 분사 홀(1632)은 노즐 슈라우드(1420)에 형성되고, 외측 지지관(1614)을 통해서 노즐 슈라우드(1420)가 제1 예혼합 통로(1451)에 연료를 분사할 수 있다.Since the
제1 페그(1621)는 메인 실린더(1410)에서 돌출되며 연료를 분사하는 페그 분사 홀(1640)을 갖는다. 보다 상세하게 제1 페그(1621)는 메인 실린더(1410)를 구성하는 내측 지지관(1611)에서 돌출된다. 제1 페그(1621)의 내부에는 페그 통로(1670)가 형성되며, 페그 통로(1670)는 외측 지지관(1614) 및 제1 지지관(1612), 및 페그 분사 홀(1640)과 연결된다. 제1 페그(1621)는 내측 지지관(1611)과 제1 지지관(1612) 사이에 위치한다.The
제1 페그(1621)는 후단에서 중앙으로 갈수록 폭이 점진적으로 증가하도록 이루어진 제1 측면(1661)과 중앙에서 선단으로 갈수록 폭이 점진적으로 감소하도록 이루어진 제2 측면(1662)을 포함한다. 제1 측면(1661)의 길이는 제2 측면(1662)의 길이보다 더 짧게 형성된다. The
제1 페그(1621)의 후단에는 후방으로 돌출되어 유동을 안내하는 안내판(1663)이 형성되며, 안내판(1663)은 제1 페그(1621)로 유입되는 공기를 안내한다. 안내판(1663)은 제1 페그(1621)의 높이방향 중앙에서 외측으로 갈수록 후방으로 더 돌출되도록 형성된다. 안내판(1663)의 2개의 삼각판으로 이루어질 수 있다. 이와 같이 안내판이 형성되면 공기의 유동을 더욱 안정적으로 안내할 수 있다. 또한, 안내판(1663)이 중앙에서 외측으로 갈수록 후방으로 더 돌출되면, 마찰이 심한 상단과 하단의 유동을 더욱 안정적으로 유도할 수 있다.A
제2 페그(1622)는 제1 지지관(1612)에서 돌출되며 연료를 분사하는 페그 분사 홀(1640)을 갖는다. 제2 페그(1622)의 내부에는 페그 통로(1670)가 형성되며, 페그 통로(1670)는 제1 지지관(1612) 및 제2 지지관(1613), 및 페그 분사 홀(1640)과 연결된다. 제2 페그(1622)는 제1 지지관(1612)과 제2 지지관(1613) 사이에 위치한다.The
제3 페그(1623)는 제2 지지관(1613)에서 돌출되며, 연료를 분사하는 페그 분사 홀(1640)을 갖는다. 제3 페그(1623)의 내부에는 페그 통로(1670)가 형성되며, 페그 통로(1670)는 제2 지지관(1613) 및 외측 지지관(1614), 및 페그 분사 홀(1640)과 연결된다. 제2 페그(1622) 및 제3 페그(1623)는 제1 페그(1621)와 동일한 구조로 이루어진다. 제3 페그(1623)는 제2 지지관(1613)과 외측 지지관(1614) 사이에 위치한다. 제2 페그(1622)는 제1 페그(1621)보다 더 외측에 위치하며, 제3 페그(1623)는 제2 페그(1622)보다 더 외측에 위치한다.The
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 연료 분사 모듈(1600)의 전방에는 와류를 형성하는 외측 스월러(1460)가 설치된다. 외측 스월러(1460)는 복수의 스월러 베인을 포함하며, 연료 분사 모듈(1600)에서 분사된 연료와 공기를 혼합한다. 다만, 외측 스월러(1460)는 연료를 분사하지 않는다.Meanwhile, as shown in FIG. 3 , an
본 제1 실시예와 같이 연료 분사 모듈(1600)의 전방에 외측 스월러(1460)가 설치되면 분사된 연료를 외측 스월러(1460)가 혼합하므로 연료와 공기가 보다 균일하게 혼합될 수 있다. 또한, 연료 분사 모듈(1600)이 복수의 페그들(1621, 1622, 1623)과 지지관들(1611, 1612, 1613, 1614)을 포함하고, 페그들(1621, 1622, 1623)과 지지관들(1611, 1612, 1613, 1614)을 통해서 연료를 분사하므로 제1 예혼합 통로(1451) 내부에 균일하게 연료를 분사할 수 있다. 특히 제1 예혼합 통로(1451)의 부피는 반경의 제곱에 비례하여 증가하므로 제1 예혼합 통로(1451)의 외측 부분에서 연료가 상대적으로 희박한 문제가 있으나, 본 제1 실시예에 따르면 페그들(1621, 1622, 1623)과 지지관들(1611, 1612, 1613, 1614)을 통해서 외측 부분에도 충분한 양의 연료를 분사할 수 있다.When the
이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 터빈에 대해서 설명한다. 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 지지관을 도시한 단면도이다.Hereinafter, a gas turbine according to a second embodiment of the present invention will be described. 8 is a cross-sectional view illustrating a first support pipe according to a second embodiment of the present invention.
도 8을 참조하여 설명하면, 본 제2 실시예에 따른 가스 터빈은 제1 지지관(2620)을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 가스 터빈과 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다. Referring to FIG. 8 , the gas turbine according to the second embodiment has the same structure as the gas turbine according to the first embodiment, except for the
제1 지지관(2620)은 원형의 관으로 이루어지며 전방 돌출부(2625), 후방 돌출부(2624), 및 볼록부(2626)를 포함한다. 전방 돌출부(2625)와 후방 돌출부(2624)는 판 상으로 이루어질 수 있으며, 볼록부(2626)는 전방 돌출부(2625)와 후방 돌출부(2624) 사이에 위치한다. 전방 돌출부(2625)는 볼록부(2626)에서 전방으로 돌출되며, 후방 돌출부(2624)는 볼록부(2626)에서 후방으로 돌출된다. 볼록부(2626)는 외면이 볼록하게 만곡된 구조로 이루어질 수 있다.The
제1 지지관(2620)은 볼록부(2626)에 의하여 폭방향 외측에서 중앙으로 갈수록 두께(T1)가 점진적으로 증가하도록 형성된다. 제1 지지관(2620)의 내부에는 둘레 방향으로 이어진 중간 전달 통로(2621)가 형성되며, 중간 전달 통로(2621)에는 연료를 분사하는 페그 분사 홀(2623)이 연결된다. 본 제2 실시예에 따른 제2 지지관과 제3 지지관은 제1 지지관(2620)과 동일한 구조로 이루어진다. The
상기한 바와 같이 본 제2 실시예에 따르면 링 형상으로 이루어진 제1 지지관(2620)의 내부에 중간 전달 통로(2621)를 형성하더라도 제1 지지관(2620)이 유동을 방해하는 것을 최소화할 수 있다. 또한, 볼록부(2626)에서 공기가 가압되어 공기의 유동이 안정화될 수 있다.As described above, according to the second embodiment, even if the
이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 터빈에 대해서 설명한다. 도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 제1 지지관을 도시한 단면도이다.Hereinafter, a gas turbine according to a third embodiment of the present invention will be described. 9 is a cross-sectional view showing a first support pipe according to a third embodiment of the present invention.
도 9를 참조하여 설명하면, 본 제3 실시예에 따른 가스 터빈은 제1 지지관(3620)을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 가스 터빈과 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다. Referring to FIG. 9 , the gas turbine according to the third embodiment has the same structure as the gas turbine according to the first embodiment, except for the
제1 지지관(3620)은 원형의 관으로 이루어지며 폭방향 외측에서 중앙으로 갈수록 두께가 점진적으로 증가하도록 형성된다. 제1 지지관(3620)을 이루는 판의 폭방향 단면은 마름모 형상으로 이루어질 수 있다.The
제1 지지관(3620)의 내부에는 둘레 방향으로 이어진 중간 전달 통로(3621)가 형성되며, 중간 전달 통로(3621)에는 연료를 분사하는 페그 분사 홀(3623)이 연결된다. 본 제3 실시예에 따른 제2 지지관과 제3 지지관은 제1 지지관(3620)과 동일한 구조로 이루어진다.An
상기한 바와 같이 본 제3 실시예에 따르면 제1 지지관(3620)의 내부에 중간 전달 통로(3621)를 형성하더라도 제1 지지관(3620)이 유동을 방해하는 것을 최소화할 수 있다. 또한, 볼록한 부분에서 공기가 가압되어 공기의 유동이 안정화될 수 있다.As described above, according to the third embodiment, even when the
이하에서는 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 터빈에 대해서 설명한다. 도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료 분사 모듈을 도시한 단면도이다.Hereinafter, a gas turbine according to a fourth embodiment of the present invention will be described. 10 is a cross-sectional view illustrating a fuel injection module according to a fourth embodiment of the present invention.
도 10을 참조하여 설명하면, 본 제4 실시예에 따른 가스 터빈은 연료 분사 모듈(4600)을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 가스 터빈과 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다. Referring to FIG. 10 , since the gas turbine according to the fourth embodiment has the same structure as the gas turbine according to the first embodiment, except for the
연료 분사 모듈(4600)은 제1 페그(4621), 제2 페그(4622), 내측 지지관(4611), 제1 지지관(4612), 및 외측 지지관(4614)을 포함할 수 있다.The
내측 지지관(4611)은 분배부재(4500)와 결합되며, 내주면이 분배부재와의 사이에서 분배 통로(4651)를 형성한다. 제1 지지관(4612)은 제1 페그(4621)들의 외측단과 결합되어 제1 페그(4621)들을 지지한다. 제1 지지관(4612)의 내부에는 둘레 방향으로 이어진 중간 전달 통로(4652)가 형성된다.The
외측 지지관(4614)은 제2 페그(4622)들의 외측단과 결합되어 제2 페그(4622)들을 지지한다. 외측 지지관(4614)은 원형의 고리 형상으로 이루어지며 노즐 슈라우드에 끼워져 노즐 슈라우드를 구성한다. 외측 지지관(4614)의 내부에는 둘레 방향으로 이어진 중간 전달 통로(4653)가 형성된다.The
제1 페그(4621)는 내측 지지관(4611)에서 돌출되며, 제1 페그(4621)에는 페그 분사 홀(4630)이 형성된다. 제1 페그(4621)는 내측 지지관과 제1 지지관(4612) 사이에 위치한다. 제2 페그(4622)는 제1 지지관에서 돌출되며, 제2 페그(4622)에는 페그 분사 홀(4630)이 형성된다. 제2 페그(4622)는 제1 지지관(4612)과 외측 지지관(4614) 사이에 위치한다. 제1 페그(4621)는 제2 페그(4622)보다 더 내측에 위치한다. The
제1 페그(4621)의 높이(H1)는 제2 페그(4622)의 높이(H2)보다 더 크게 형성된다. 여기서 제1 페그(4621)와 제2 페그(4622)는 동일한 양의 연료를 분사할 수 있다. 내측에서 외측으로 갈수록 반경의 제곱에 비례하여 부피가 증가하므로 외측 영역은 상대적으로 연료가 희박하게 된다. 그러나 본 실시예에 따르면 연료가 상대적으로 희박한 외측 영역에 충분한 양의 연료를 공급하여, 전체적으로 균일한 연료를 공급할 수 있다.The height H1 of the
이상, 본 발명의 일 실시예에 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.In the above, an embodiment of the present invention has been described, but those of ordinary skill in the art can add, change, delete or add components within the scope that does not depart from the spirit of the present invention described in the claims. The present invention may be variously modified and changed by, etc., and this will also be included within the scope of the present invention.
1000: 가스 터빈 1100: 압축기
1130: 압축기 블레이드 1140: 압축기 베인
1150: 하우징 1200: 연소기
1210: 연소기 케이싱 1220: 버너
1240: 연소실 1250: 덕트 조립체
1251: 라이너 1252: 트랜지션피스
1253: 유동 슬리브 1260: 노즐 케이싱
1270: 헤드 플레이트 1300: 터빈
1310: 로터 디스크 1320: 터빈 블레이드
1330: 터빈 베인 1400: 노즐
1410: 메인 실린더 1411: 내측 튜브
1412: 외측 튜브 1420: 노즐 슈라우드
1451: 제1 예혼합 통로 1452: 제2 예혼합 통로
1460: 외측 스월러 1470: 노즐 플랜지
1500: 분배부재 1510: 제1 가이드관
1520: 제2 가이드관 1530: 내측 베인
1541: 제1 연료 통로 1543: 제2 연료 통로
1531: 연결 통로 1532): 분사 통로
1533: 베인 분사 홀 1600, 4600: 연료 분사 모듈
1621, 4621: 제1 페그 1622, 4622: 제2 페그
1623: 제3 페그 1611, 4611: 내측 지지관
1612, 2620, 3620, 4612: 제1 지지관
1613: 제2 지지관 1614, 4614: 외측 지지관
1630: 중간 분사 홀 1631: 내측 분사 홀
1632: 외측 분사 홀 1640, 2623, 3623: 페그 분사 홀
1651: 분배 통로 1654: 외측 전달 통로
1652, 1653, 2621, 3621: 중간 전달 통로
1661: 제1 측면 1662: 제2 측면
1663: 안내판 1670: 페그 통로
2625: 전방 돌출부 2624: 후방 돌출부
2626: 볼록부1000: gas turbine 1100: compressor
1130
1150: housing 1200: combustor
1210: combustor casing 1220: burner
1240: combustion chamber 1250: duct assembly
1251: liner 1252: transition piece
1253: floating sleeve 1260: nozzle casing
1270: head plate 1300: turbine
1310: rotor disk 1320: turbine blades
1330: turbine vane 1400: nozzle
1410: main cylinder 1411: inner tube
1412: outer tube 1420: nozzle shroud
1451: first pre-mixing passage 1452: second pre-mixing passage
1460: outer swirler 1470: nozzle flange
1500: distribution member 1510: first guide tube
1520: second guide tube 1530: inner vane
1541: first fuel passage 1543: second fuel passage
1531: connecting passage 1532): injection passage
1533:
1621, 4621:
1623:
1612, 2620, 3620, 4612: first support tube
1613:
1630: intermediate injection hole 1631: inner injection hole
1632:
1651: distribution passageway 1654: outer delivery passageway
1652, 1653, 2621, 3621: intermediate transmission passage
1661: first side 1662: second side
1663: information board 1670: peg passage
2625: front protrusion 2624: rear protrusion
2626: convex part
Claims (20)
상기 메인 실린더를 감싸는 노즐 슈라우드; 및
상기 메인 실린더와 상기 노즐 슈라우드 사이에 배치되어 연료를 분사하는 연료 분사 모듈;
을 포함하며,
상기 연료 분사 모듈은, 상기 메인 실린더에서 돌출되며 연료를 분사하는 페그 분사 홀을 갖는 복수의 제1 페그와, 상기 제1 페그들의 외측단에 결합된 제1 지지관을 포함하고,
상기 제1 지지관에는 연료를 분사하는 복수의 중간 분사 홀이 형성되며,
상기 제1 지지관의 두께는 상기 제1 지지관 관의 폭방향 외측에서 중앙으로 갈수록 점진적으로 증가하도록 형성된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.a main cylinder having a fuel passage through which the fuel moves;
a nozzle shroud surrounding the main cylinder; and
a fuel injection module disposed between the main cylinder and the nozzle shroud to inject fuel;
includes,
The fuel injection module includes a plurality of first pegs protruding from the main cylinder and having peg injection holes for injecting fuel, and a first support pipe coupled to outer ends of the first pegs,
A plurality of intermediate injection holes for injecting fuel are formed in the first support pipe,
The thickness of the first support tube is a nozzle for a combustor, characterized in that it is formed to gradually increase from the outside in the width direction of the first support tube toward the center.
상기 제1 지지관의 내부에는 둘레 방향으로 이어진 중간 전달 통로가 형성되고, 상기 중간 전달 통로는 상기 제1 페그 내부에 형성된 페그 통로와 연결된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.According to claim 1,
An intermediate transmission passage extending in a circumferential direction is formed inside the first support pipe, and the intermediate transmission passage is connected to a peg passage formed inside the first peg.
상기 연료 분사 모듈은 상기 제1 지지관에서 돌출되며 연료를 분사하는 페그 분사 홀이 형성된 복수의 제2 페그들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.According to claim 1,
The fuel injection module may further include a plurality of second pegs protruding from the first support pipe and having peg injection holes for injecting fuel.
상기 제2 페그에는 상기 페그 분사 홀과 연결된 페그 통로가 형성되고, 상기 페그 통로는 상기 중간 전달 통로와 연결된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.4. The method of claim 3,
A peg passage connected to the peg injection hole is formed in the second peg, and the peg passage is connected to the intermediate transfer passage.
상기 연료 분사 모듈은 제2 페그들의 외측을 연결하는 제2 지지관과 상기 제2 지지관에서 돌출된 복수의 제3 페그들을 더 포함하고,
상기 노즐 슈라우드에는 상기 제3 페그들과 연결되며 상기 노즐 슈라우드의 둘레 방향으로 이어진 외측 전달 통로가 형성된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.5. The method of claim 4,
The fuel injection module further includes a second support pipe connecting the outside of the second pegs and a plurality of third pegs protruding from the second support pipe,
The nozzle for a combustor, characterized in that the nozzle shroud is connected to the third pegs and formed with an outer transmission passage extending in a circumferential direction of the nozzle shroud.
상기 노즐 슈라우드에는 상기 외측 전달 통로와 연결되며 상기 노즐 슈라우드의 내면으로 연료를 분사하는 복수의 외측 분사 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.6. The method of claim 5,
A nozzle for a combustor, characterized in that the nozzle shroud has a plurality of outer injection holes connected to the outer transmission passage and injecting fuel into the inner surface of the nozzle shroud.
상기 메인 실린더는 내측 튜브와 상기 내측 튜브를 감싸는 외측 튜브를 포함하고, 상기 내측 튜브와 외측 튜브 사이에는 내측 베인이 설치되며,
상기 내측 베인의 내부에는 상기 연료 분사 모듈에 연료를 공급하는 연결 통로와 상기 내측 베인에 형성된 분사 홀에 연료를 공급하는 분사 통로가 형성되고,
상기 연결 통로와 상기 분사 통로는 분리된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.According to claim 1,
The main cylinder includes an inner tube and an outer tube surrounding the inner tube, and an inner vane is installed between the inner tube and the outer tube,
A connection passage for supplying fuel to the fuel injection module and an injection passage for supplying fuel to an injection hole formed in the inner vane are formed inside the inner vane,
The nozzle for a combustor, characterized in that the connection passage and the injection passage are separated.
상기 메인 실린더는 상기 연료 분사 모듈에 연료를 공급하는 분배부재를 더 포함하고,
상기 분배 부재는 상기 내측 튜브에 끼워지는 제1 가이드관, 상기 제1 가이드관에서 이격되며 상기 외측 튜브에 끼워지는 제2 가이드관, 및 상기 제1 가이드관과 상기 제2 가이드관 사이에 위치하는 상기 내측 베인을 포함하고,
상기 제1 가이드관의 내부에는 상기 연결 통로와 연결된 제1 연료통로와 상기 분사 통로와 연결된 제2 연료 통로가 형성된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.8. The method of claim 7,
The main cylinder further includes a distribution member for supplying fuel to the fuel injection module,
The distribution member includes a first guide tube fitted to the inner tube, a second guide tube spaced apart from the first guide tube and fitted into the outer tube, and positioned between the first guide tube and the second guide tube comprising the inner vane,
A first fuel passage connected to the connection passage and a second fuel passage connected to the injection passage are formed inside the first guide tube.
상기 제2 가이드관의 외주면에는 상기 제2 가이드관의 둘레 방향으로 이어진 분배 통로가 형성되고, 상기 분배 통로에 상기 연결 통로가 복수 개 연결된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.9. The method of claim 8,
A distribution passage extending in a circumferential direction of the second guide tube is formed on an outer peripheral surface of the second guide tube, and a plurality of connection passages are connected to the distribution passage.
상기 분사 모듈의 전방에는 와류를 형성하는 외측 스월러가 설치된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.According to claim 1,
A nozzle for a combustor, characterized in that an outer swirler forming a vortex is installed in front of the injection module.
상기 메인 실린더를 감싸는 노즐 슈라우드; 및
상기 메인 실린더와 상기 노즐 슈라우드 사이에 배치되어 연료를 분사하는 연료 분사 모듈;
을 포함하며,
상기 연료 분사 모듈은, 상기 메인 실린더에서 돌출되며 연료를 분사하는 페그 분사 홀을 갖는 복수의 제1 페그와, 상기 제1 페그들의 외측단에 결합된 제1 지지관을 포함하고,
상기 제1 지지관에는 연료를 분사하는 복수의 중간 분사 홀이 형성되며,
상기 제1 페그는 후방으로 돌출되어 유동을 안내하는 안내판을 더 포함하고, 상기 안내판은 상기 제1 페그의 높이방향 중앙에서 외측으로 갈수록 후방으로 더 돌출되도록 형성된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.a main cylinder having a fuel passage through which the fuel moves;
a nozzle shroud surrounding the main cylinder; and
a fuel injection module disposed between the main cylinder and the nozzle shroud to inject fuel;
includes,
The fuel injection module includes a plurality of first pegs protruding from the main cylinder and having peg injection holes for injecting fuel, and a first support pipe coupled to outer ends of the first pegs,
A plurality of intermediate injection holes for injecting fuel are formed in the first support pipe,
The first peg further includes a guide plate protruding backward to guide the flow, and the guide plate is formed to protrude more rearward from the center in the height direction of the first peg to the outside.
상기 제1 페그의 높이는 상기 제2 페그의 높이보다 더 크게 형성된 것을 특징으로 하는 연소기용 노즐.4. The method of claim 3,
A nozzle for a combustor, characterized in that the height of the first peg is formed to be greater than the height of the second peg.
상기 노즐은, 내부에 연료가 이동하는 연료 통로가 형성된 메인 실린더, 상기 메인 실린더를 감싸는 노즐 슈라우드, 및 상기 메인 실린더와 상기 노즐 슈라우드 사이에 배치되어 연료를 분사하는 연료 분사 모듈을 포함하고,
상기 연료 분사 모듈은, 상기 메인 실린더에서 돌출되며 연료를 분사하는 페그 분사 홀을 갖는 복수의 제1 페그와, 상기 제1 페그들의 외측단에 결합된 제1 지지관을 포함하고, 상기 제1 지지관에는 연료를 분사하는 복수의 중간 분사 홀이 형성되며,
상기 제1 지지관의 두께는 상기 제1 지지관 관의 폭방향 외측에서 중앙으로 갈수록 점진적으로 증가하도록 형성된 것을 특징으로 하는 연소기.A burner having a plurality of nozzles for injecting fuel and air, coupled to one side of the burner, the fuel and the air are combusted therein, and a duct assembly for delivering the burned gas to the turbine,
The nozzle includes a main cylinder having a fuel passage through which fuel moves therein, a nozzle shroud surrounding the main cylinder, and a fuel injection module disposed between the main cylinder and the nozzle shroud to inject fuel,
The fuel injection module includes a plurality of first pegs protruding from the main cylinder and having peg injection holes for injecting fuel, and a first support pipe coupled to outer ends of the first pegs, and the first support A plurality of intermediate injection holes for injecting fuel are formed in the tube,
A combustor, characterized in that the thickness of the first support tube is formed to gradually increase from the outside in the width direction of the first support tube toward the center.
상기 제1 지지관의 내부에는 둘레 방향으로 이어진 중간 전달 통로가 형성되고, 상기 중간 전달 통로는 상기 제1 페그 내부에 형성된 페그 통로와 연결된 것을 특징으로 하는 연소기.15. The method of claim 14,
An intermediate transmission passage extending in a circumferential direction is formed inside the first support tube, and the intermediate transmission passage is connected to a peg passage formed inside the first peg.
상기 연료 분사 모듈은 상기 제1 지지관에서 돌출되며 연료를 분사하는 페그 분사 홀이 형성된 복수의 제2 페그를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기.15. The method of claim 14,
wherein the fuel injection module protrudes from the first support pipe and includes a plurality of second pegs in which peg injection holes for injecting fuel are formed.
상기 제2 페그에는 상기 페그 분사 홀과 연결된 페그 통로가 형성되고, 상기 페그 통로는 상기 중간 전달 통로와 연결된 것을 특징으로 하는 연소기.17. The method of claim 16,
A peg passage connected to the peg injection hole is formed in the second peg, and the peg passage is connected to the intermediate transfer passage.
상기 메인 실린더는 내측 튜브와 상기 내측 튜브를 감싸는 외측 튜브를 포함하고, 상기 내측 튜브와 외측 튜브 사이에는 내측 베인이 설치되며,
상기 내측 베인의 내부에는 상기 연료 분사 모듈에 연료를 공급하는 연결 통로와 상기 내측 베인에 형성된 분사 홀에 연료를 공급하는 분사 통로가 형성되고,
상기 연결 통로와 상기 분사 통로는 분리된 것을 특징으로 하는 연소기.15. The method of claim 14,
The main cylinder includes an inner tube and an outer tube surrounding the inner tube, and an inner vane is installed between the inner tube and the outer tube,
A connection passage for supplying fuel to the fuel injection module and an injection passage for supplying fuel to an injection hole formed in the inner vane are formed inside the inner vane,
The combustor, characterized in that the connection passage and the injection passage are separated.
상기 메인 실린더는 상기 연료 분사 모듈에 연료를 공급하는 분배부재를 더 포함하고,
상기 분배 부재는 상기 내측 튜브에 끼워지는 제1 가이드관, 상기 제1 가이드관에서 이격되며 상기 외측 튜브에 끼워지는 제2 가이드관, 및 상기 제1 가이드관과 상기 제2 가이드관 사이에 위치하는 상기 내측 베인을 포함하고,
상기 제1 가이드관의 내부에는 상기 연결 통로와 연결된 제1 연료통로와 상기 분사 통로와 연결된 제2 연료 통로가 형성된 것을 특징으로 하는 연소기.19. The method of claim 18,
The main cylinder further includes a distribution member for supplying fuel to the fuel injection module,
The distribution member includes a first guide tube fitted to the inner tube, a second guide tube spaced apart from the first guide tube and fitted into the outer tube, and positioned between the first guide tube and the second guide tube comprising the inner vane,
A first fuel passage connected to the connection passage and a second fuel passage connected to the injection passage are formed inside the first guide tube.
상기 연소기는, 연료와 공기를 분사하는 복수의 노즐을 갖는 버너, 상기 버너의 일측에 결합되며 상기 연료와 상기 공기가 내부에서 연소되며 연소된 가스를 터빈으로 전달하는 덕트 조립체를 포함하며,
상기 노즐은, 내부에 연료가 이동하는 연료 통로가 형성된 메인 실린더, 상기 메인 실린더를 감싸는 노즐 슈라우드, 및 상기 메인 실린더와 상기 노즐 슈라우드 사이에 배치되어 연료를 분사하는 연료 분사 모듈을 포함하고,
상기 연료 분사 모듈은, 상기 메인 실린더에서 돌출되며 연료를 분사하는 페그 분사 홀을 갖는 복수의 제1 페그와, 상기 제1 페그들의 외측단에 결합된 제1 지지관을 포함하고, 상기 제1 지지관에는 연료를 분사하는 복수의 중간 분사 홀이 형성되며,
상기 제1 지지관의 두께는 상기 제1 지지관 관의 폭방향 외측에서 중앙으로 갈수록 점진적으로 증가하도록 형성된 것을 특징으로 하는 가스 터빈.A gas turbine including a compressor for compressing air introduced from the outside, a combustor for mixing and burning compressed air and fuel compressed in the compressor, and a turbine including a plurality of turbine blades rotated by the combustion gas burned in the combustor As,
The combustor includes a burner having a plurality of nozzles for injecting fuel and air, a duct assembly coupled to one side of the burner, the fuel and the air are combusted inside, and a duct assembly for delivering the combusted gas to a turbine,
The nozzle includes a main cylinder having a fuel passage through which fuel moves therein, a nozzle shroud surrounding the main cylinder, and a fuel injection module disposed between the main cylinder and the nozzle shroud to inject fuel,
The fuel injection module includes a plurality of first pegs protruding from the main cylinder and having peg injection holes for injecting fuel, and a first support pipe coupled to outer ends of the first pegs, and the first support A plurality of intermediate injection holes for injecting fuel are formed in the tube,
The thickness of the first support tube is a gas turbine, characterized in that it is formed to gradually increase from the outside to the center in the width direction of the first support tube.
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KR1020200082978A KR102343002B1 (en) | 2020-07-06 | 2020-07-06 | Nozzle for combustor, combustor, and gas turbine including the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102343002B1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11668466B2 (en) * | 2020-07-17 | 2023-06-06 | Doosan Enerbility Co., Ltd | Combustor nozzle assembly and gas turbine combustor including same |
EP4379262A1 (en) * | 2022-11-30 | 2024-06-05 | Doosan Enerbility Co., Ltd. | Nozzle assembly, combustor, and gas turbine including same |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20200038698A (en) * | 2018-10-04 | 2020-04-14 | 두산중공업 주식회사 | Nozzle assembly, combustor and gas turbine including the same |
-
2020
- 2020-07-06 KR KR1020200082978A patent/KR102343002B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20200038698A (en) * | 2018-10-04 | 2020-04-14 | 두산중공업 주식회사 | Nozzle assembly, combustor and gas turbine including the same |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US11668466B2 (en) * | 2020-07-17 | 2023-06-06 | Doosan Enerbility Co., Ltd | Combustor nozzle assembly and gas turbine combustor including same |
EP4379262A1 (en) * | 2022-11-30 | 2024-06-05 | Doosan Enerbility Co., Ltd. | Nozzle assembly, combustor, and gas turbine including same |
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