KR20000069289A - 환형연소기를 갖는 발전시스템 - Google Patents

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KR20000069289A
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티쯔제이.마이클
티쯔죤더블류.
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번함.더글라스 알.
엘리오트 에너지 시스템즈, 인코포레이티드
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Abstract

보디(159), 환형 연소기(14), 터빈(16), 압축기 챔버 및 상기 압축기 챔버내에 위치된 압축기(102)를 갖는 전기발전시스템을 제공한다. 유입 포트는 상기 압축기 챔버에 유체적으로 연결되고 배출 포트는 상기 터빈과 유체적으로 연결된다. 복수개의 자석(MG)이 회전자(18) 및 철과 같은 자기적으로 견인 가능한 재료로 이루어지고 보디(159)의 내부에 제공된 고정자 와인딩을 갖춘 고정자(22)에 고정된다. 상기 고정자 와인딩은 상기 회전자에 장착된 복수개의 자석에 근접한 상태로 위치됨으로써, 회전자(18)의 회전에 의해 와인딩에 전류를 유도한다.

Description

환형연소기를 갖는 발전시스템{AN ELECTRIC GENERATING SYSTEM HAVING AN ANNULAR COMBUSTOR}
환형연소기(annular combustor)와 터빈을 이용한 소형 발전시스템은 알려져 있고, 오늘날 이들 시스템은 25 ∼ 50Kw 의 전력을 얻는데 사용된다. 이같은 시스템은 캡스톤 터빈 코퍼레이션(Capstone Turbine Corporation), 마베익스(Marbaix), 바우만 동력 시스템사(Bowman Power System.Ltd) 및 얼라이드-시그날사(Allied-Signal Corp)와 같은 몇몇 회사에서 제조된다.
상기 발전시스템의 대부분은 다른 용도로도 사용 가능하겠지만 주로 전시(戰時)상황하에서의 군대에서 사용하도록 설계되어 있다. 따라서 이들 발전시스템은 군대규격에 맞도록 제조되어야 하기 때문에 그 가격이 바싸게 된다.
최근에는 소형발전시스템에 대한 군대소요는 감소한 반면에, 예를들어 컴퓨터용 비상전력원(a backup power source)등과 같은 비군사적인 용도에서 가치를 인정받고 있다. 그러나, 이같은 용도로 사용하는 경우 상기 발전시스템은 너무 비싸기 때문에 그 실용성은 적은 것이다.
본 발명은 발전시스템에 관한 것이며, 특히 환형연소기와 발전용 터빈을 갖는 소형 발전시스템에 관한 것이다.
도 1A 와 1B 는 본 발명에 의한 발전시스템의 개략다이아그램,
도 2는 도 1A 에 도시된 발전시스템에 대한 액체연료 공급시스템의 개략다이아그램,
도 3은 도 1A 에 도시된 발전시스템에 대한 교반오일시스템의 개략다이아그램,
도 4는 도 1A에 도시된 발전시스템에 사용되는 모터, 연료펌프 및 오일펌프 기구의 평면도,
도 5는 도 4에 도시된 연료펌프의 부분단면도,
도 6은 도 5에 도시된 연료펌프의 측면도,
도 7은 도 5 및 도 6에 도시된 연료펌프의 부분 평면도,
도 8A는 본 발명에 의한 계측밸브의 부분단면도,
도 8B는 도 8A에 도시된 계측밸브의 부분단면도,
도 9는 본 발명에 의한 계측밸브의 다른 실시예의 부분단면도,
도 10은 도 1A에 도시된 발전시스템에서 연소기의 부분단면도,
도 11A는 도 10의 XIA-XIA선의 단면도,
도 11B는 도 10에 도시된 외부연소기라이너벽의 사시도,
도 12는 도 10에 도시된 연소기와 비슷한 연소기의 다른 실시예의 부분 절단사시도,
도 13A,13B,13C 및 13D는 도 10에 도시된 연소기의 1차/2차 예비혼합챔버의 선택적인 구조의 사시도,
도 13E는 외부연소기벽의 다른 실시예의 사시도,
도 13F는 도 13E 의 XIIIF-XIIIF선의 단면도,
도 14는 연료와 공기혼합물 화염의 그래프,
도 15는 본 발명에 의한 터빈의 부분 종단면도,
도 16A는 본 발명의 터빈에 사용되는 베어링보유시스템의 분해사시도,
도 16B는 도 16A에도시된 베어링보유링과 베어링의 부분정면도,
도 16C는 도 16A의 XVIC-XVIC선의 단면도,
도 16D는 도 16B의 베어링보유링과 베어링의 또다른 부분정면도,
도 17은 도 16A에 도시된 베어링보유시스템에 포함된 터빈의 부분 절개사시도,
도 18은 도 1A에 도시된 개략적인 동력플랜트의 부분 단면도,
도 19는 열교환기를 결합한 도 1에 도시된 동력플랜트의 또다른 실시예의 부분 단면도,
도 20은 본 발명에 의하여 제조된 자석 예비부하 볼베어링의 부분단면도,
도 21은 본 발명에 의한 선택적인 실시예의 라이너벽의 일부 측면도,
도 22는 도 21에 도시된 제 2혼합챔버의 종단면도,
도 23은 회전구동축과 분할링기구 주변에 위치된 압축기 블레이드와 터빈 블레이드를 포함하는 압축기/터빈기구의 종단면도,
도 24는 도 23에 도시된 분할링 구성의 정면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 .... 발전시스템
14 ... 연소기
16 ... 터빈
18 ... 회전자
22 ... 고정자
102 ... 압축기
159 ... 보디
MG ... 자석
따라서, 본 발명의 목적은 디젤, 젯트, 가솔린, 천연가스 및 알코올등과 같은 탄화수소계 연료등을 사용하는 환형의 연소기를 포함하고, 값싸고, 간편하며, 경량이면서도 내구성이 있는 발전시스템을 제공하는 것이다.
전형적으로 연소기로부터 배출되는 (다른 가스터빈의) 배기가스는 NOX가스가 대기내로 방출되지 않도록 제어처리된다.
따라서, 본 발명의 다른 목적은 NOX방출량이 낮고, 전체적으로 배기가스가 적은 연소기를 제공하는 것이다.
더욱이, 여러 응용처에 있어서, 이같은 종류의 발전시스템은 간헐적으로 작동되고, 그 사용은 연료라인(fuel lines), 분사기(injectors) 및/또는 연료펌프(fuel pumps)를 막히게 할 수 있다. 이들 시스템은 제 1차 전원에 대한 보조시스템을 사용되거나 그리고/또는 주전원으로 사용되기 때문에 이들 시스템은 수요에 맞게 작동하는 것이 중요한 것이다.
따라서, 본 발명의 또 다른 목적은 지속적인 신뢰도를 갖고 간헐적으로 작동될 수 있는 발전시스템을 제공하는 것이다.
보디, 환상의 연소기, 터빈, 압축기 챔버 및 압축기 챔버내에 위치한 압축기를 갖는 발전시스템이 제공된다. 유입포트는 압축기 챔버와 유체연결되어 있으며, 유출포트는 그 사이에 연소기를 두고 터빈과 유체 연결되어 있다. 회전자에는 복수의 자석이 고정되어 있으며, 철과 같이 자기적으로 부착되는 재질로 이루어진 고정자가 보디내에 제공된다. 상기 고정자는 복수의 복수의 자석에 근접하여 위치하기 때문에 회전자의 회전은 고정자주위의 자속변화를 유발하고 이것에 의해서 전기가 발생된다. 연료펌프와 오일펌프가 제공되며 이들 모두는 하나의 모터에 의해 구동된다. 연료계측밸브는 제공되며, 이 밸브는 길이방향 축을 따라 신장하게 되어 있고 플런저를 갖는 비례 솔레노이드밸브(a proportional solenoid valve)를 포함한다. 회전자의 일부를 회전가능하게 수용하도록 환상으로 된(an annular-shaped) 또는 유체역학적인(hydrodynamic)베어링이 제공되며, 이 베어링은 잠금기구에 의해 제위치에서 고정된다. 가스가 압축기 블레이드(compressor blades)로부터 터빈 블레이드(turbine blades)로 혹은 터빈 블레이드로부터 압축기 블레이드로 직접 흐르는 것을 막기 위하여 압축기 블레이드와 터빈 블레이드는 분리 링 구조(split ring arrangement)에 의해 분리된다. 유입되는 압축가스를 가열하고, 유출되는 배기가스를 냉각시키기 위해 열교환기가 제공되며, 다시 말해서 연료소비를 최소화하기 위하여 연소기로 가기 전에 압축기는 공기를 배출한다.
본 발명은 또한 발전시스템작동방법을 제공하며, 그 방법은 복수의 압축기 블레이드와 이에 부착된 복수의 터빈 블레이드 및 그 회전자 주위에 위치한 복수의 자석을 갖는 회전자를 회전시키는 단계, 상기 고정자에 근접위치한 복수의 자석이 상기 회전자의 회전을 야기한다; 복수의 압축기 블레이드를 포함하는 압축기내로 공기를 끌어들이는 단계; 상기 인입된 공기를 압축기로서 압축시키는 단계; 상기 압축된 공기를 연소챔버로 흐름시키는 단계; 상기 연소챔버내로 흐름하는 상기 압축공기의 최소 일부와 연료를 혼합하여 연료/공기 혼합물을 만드는 단계; 상기 혼합물을 상기 연소챔버내에서 점화하여 배기가스 또는 열에너지를 생성하는 단계; 상기 배기가스 또는 열에너지 및 나머지 압축공기를 다수개의 터빈 블레이드를 포함하는 터빈을 통해 통과시키는 단계; 상기 회전자가 제 1속도로 회전할 때 상기 고정자로 제공되는 전기를 중단하는 단계; 및 상기 고정자와 함께 작동하는 회전자 주위에 위치한 자석을 회전시키는 것으로서 전기를 발생시키는 단계;를 포함한다. 연소챔버내에서 연료/공기 혼합물을 점화시킴으로써 터빈의 터빈휠을 구동시키기 위한 열에너지를 얻는다. 연소기내의 화염은 터빈노즐과 터빈휠을 통과함에 따라 희석공기를 받아들여 터빈유입온도를 조정하게 된다.
이하 기술되는 용어 상부(upper), 하부(lower), 오른쪽(right), 왼쪽(left), 후방(rear), 전방(front), 수직(vertical), 수평(horizontal)은 도면을 이해할 때 본 발명에 관련된 것이다. 그러나, 본 발명은 역으로 특별히 기술된 것을 제외하고 다양한 선택적인 방향과 단계순서를 가정해야한다는 것을 알아야 한다. 또한, 첨부된 도면에 도시되어 있고, 이하 상세한 설명에 기술된 특별한 장치와 공정은 첨부된 청구범위에 나타나는 발명적인 개념의 단순한 실시예임을 알아야한다. 따라서 이하 나타나는 실시예에 관련하는 분명한 범위와 다른 물리적인 특징은 상기 청구범위가 특별하게 지정되지 않는다면 제한되지 않는다.
도 1A와 1B는 본 발명에 의한 발전시스템 10의 개략적인 다이아그램을 도시한 것이다. 상기 시스템 10은 배출포트 26를 통하여 배출하기 전에 연소의 가스부산물이 통과하는 연소챔버와 더불어 환형 연소기 14를 갖는 동력플랜트 12를 포함한다. 2개의 명확한 동력플랜트가 도 18과 19에 도시되어 있다. 도 19에 도시된 실시예는 약간의 배기가스 열를 보상하기 위하여 열교환기를 결합하여 상기 계의 전체적인 열효율을 향상시킨다. 도 18에 도시된 실시예에서는 열교환기를 포함하지 않는다. 도 1A에 도시한 바와같이, 상기 연소기 14는 터빈회전자 16와 유체적으로 연결되고, 상기 터빈회전자는 길이방향 축에 대하여 회전할 수 있도록 양단이 베어링 20,21에 회전가능하게 지지되는 회전자 18를 포함한다. 전기 고정자 22는 상기 회전자 18와 동축으로 위치되고, 열교환기 24는 상기 터빈회전자 16와 유체적으로 연결된다. 공기유입구 28가 제공된다.
히팅오일(heating oil)과 같은 액체연료는, 도관 32에 의해 환형연소기 14와 유체 연결하는 연료탱크 30에 채워진다. 상기 도관 32은 상기 환형연소기 14와 유체적으로 연결되거나 유체연결되는 연료필터 34, 연료펌프 36, 압력안전밸브 37 및 연료계측밸브 38와 연결된다. 상기 도관 32은 상기 환형연소기 14에 제공되는 복수개의 연료분사기 40에 연결된다. 도 2에 도시된 연료분사밸브 39는 상기 연료분사기 40와 연료계측밸브 38사이의 상기 도관 32과 연결된다. 도관 41은 상기 분사기와 연료매니폴드내의 연료를 제거하는 것을 허락하도록 정상적인 엔진정지동안 연료통으로 연료를 방출하기 위하여 연통탱크 40에 상기 연료분사밸브 39를 연결한다. 따라서 연료 콕킹(coking)/막힘(clogging)경향을 방지한다.
도 1A와 3에 도시한 바와같이, 윤활유는 오일통(sump) 42으로 부터 상기 베어링 20,21으로 윤활용으로 공급되고, 상기 오일통 42은 도관 44에 의해 상기 베어링 20,21과 유체적으로 연결된다. (도 3은 도 1A과는 변형된 구성을 나타내고, 도 1A에 도시하지 않은 윤활시스템과 함께 작용하는 외부엔진구성부품을 도시하고 있다. 도 3에 도시된 구성은 도 1A와 1B에 도시된 발전시스템과 결합될 수 있다.) 상기 도관 44은 오일필터 46, 공기/오일 열교환기 48 및 윤활유펌프 50와 연결된다. 상기 베어링 20, 21을 통해 흐름하는 윤활유는 상기 교류 고정자 열교환기 24로부터 나오는 오일과 함께 상기 오일통 42내로 복귀된다. 오일압력안전밸브 51는 상기 도관 44과 유체적으로 결합되거나 유체연결되고, 상기 오일통 42과 유체연통한다. 여기서 사용되는 "유체적으로 결합"(fluidly coupled to)이란 용어는 "유체연결"(in fluid communication with)과 상호 교환할 수 있음을 알아야 한다.
도 1A와 1B에 도시한 바와 같이, 양측 연료펌프 36와 윤활유 펌프 50는 24V 의 전기모터에 의해 기구적으로 구동되는 용량형펌프(positive displacement pumps)이다. 변환기(transducer) 54,56,58,60는 각각의 윤활유온도, 윤활유 압력, 연료압력 및 상기 압축기배출가스압력을 측정하기 위하여 제공된다. 변환기 54,56,58,60은 엔진제어기 62를 제어하는 마이크로프로세서에 전기적으로 연결된다. 열전대(thermocouple) 64는 터빈배기가스의 온도를 측정하기 위하여 상기 터빈의 하류인 배출포트 26에 위치된다. 열전대 64는 상기 엔진제어기 62에 전기적으로 연결된다.
상기 엔진제어기 62는 출력 인버터(an output inverter) 68와 시작 인버터(a start inverter)를 포함하는 인버터 기구 66에 전기적으로 연결된다. 이러한 기구는 참조로서 첨부되는 슈레쉬 E. 굽타(Suresh E.Gupta), 더글라스 R. 번햄(Douglas R. Burnham), 존 W. 테츠(Jon W Teets) J.미셀 테츠(J. Michael Teets) 및 브리지 바가바(Briji Bhargava)가 발명한 "보통 축상의 터빈/교류기용 전기시스템"(Electrical system for Turbine/alternator on Common Shaft) 에 공지되어 있다. 상기 시작인터버터 70는 입력라인 74 의해서 24V DC 배터리 72 뿐만 아니라 상기 엔진제어기 62와 전기적으로 연결된다. 출력라인 76은 상기 출력인버터 68에 상기 엔진제어기 62를 전기적으로 연결한다. 상기 출력인버터 68는 라인 79으로서 소비자 전기공급처(a customer electric supply) 83로 전기를 제공하거나, 컴퓨터와 같은 전기 구성부품에 전원을 제공한다.
도 4는 상기 전기모터 52가 상기 연료펌프 36와 윤활유펌프 50와 기구적으로 연결되는 것을 도시한 것이다. 전기모터 52는 브러쉬(brush)없는 전기모터가 바람직하다. 상기 펌프 36,50는 회전가능한 구동축 혹은 각각의 전기모터축 78,80에 구동가능하게 결합되거나 연결된다. 상기 전기모터 52를 구동시키는 것은 상기 구동축 78,80이 길이방향 축 81 주위에서 회전하도록 한다.
상기 펌프 36,50는 용량형 펌프이고, 제로터(gerotor)타입펌프가 바람직하다. 도 5 내지 7에 도시한 바와 같이, 각 연료펌프 36는 외부회전자 84내에 위치되는 내부회전자 18를 포함하고, 상기 회전자는 케이싱 86내에 위치된다. 아치형(arcuate)유입포트 88과 배출포트 90은 상기 케이싱 86에 형성된다. 전기모터축 78은 길이방향 축 81주위에서의 상기 축회전 때문에 상기 내부회전자 82가 상기 외부회전자 84와 관련하여 회전되도록 상기 내부회전자 82와 기구적으로 연결된다. 상기 외부회전자 84는 복수(N)의 펌핑챔버 92와 복수(N-1)의 방사상으로 연장하는 기어치차 94를 형성하고, 이들은 상기 내부회전자 82에 형성되며, 공지된 종래기술의 방법으로 상기 펌핑챔버 92에 수용된다. 특히, 상기 내부회전자 82가 회전하거나 상기 외부회전자 84와 케이싱 86주위로 이동할 때, 액체(윤활유)는 유입튜브 95에서 상기 펌핑챔버 92, 배출포트 90 및 유출튜브 96를 통해 유입포트 88로 향하도록 상기 케이싱 86을 통해 펌핑된다. 상기 윤활유펌프 50도 연료펌프 36와 동일한 방법으로 작동되며, 전기모터축 80에 의해서 구동되는 것을 제외하고는 동일하기 때문에, 이는 상세히 기술하지 않는다. 상기 연료펌프는 메탄(methane)과 같이 일정기압이 유지된(pressurized) 기체 연료를 사용한다면 불필요한다. 메탄의 흐름은 전기-기구적인 밸브(electro-mechanical valve)를 통하여 제어될 수 있다.
본 발명의 오일펌프/연료펌프 모터 기구의 장점은 윤활유펌프 50가 고장나면(상기 내부회전자 82가 고착(jammed)되어 상기 길이방향 축 81주위에서 회전할 수 없는 전형적인 고장), 상기 전기모터 52를 움직이지 않게 한다는 것이며, 이것에 의해서 상기 구동축 78,80의 회전을 방지한다. 또한, 상기 전기모터 혹은 연료펌프가 고장나면, 안전 정지로 있을 것이다. 이는 상기 전기모터축 78,80에 의해서 구동되는 연료펌프 36가 상기 환형 연소기 14로 더 이상 연료를 공급하지 않기 때문에 상기 시스템이 "운전정지"(shut down)가 되는 것이다. 따라서, 상기 시스템 구성부품에 대한 손상은 상기 회전시스템부분으로 윤활유의 부적당한 공급에 기인하여 방지된다. 상기 윤활유펌프 50 및/또는 전기모터 52는 상기 환형연소기 14로 연료를 공급하기 전에 수리되어야만 한다.
도 1A,8A,8B 및 9에 도시한 바와 같이, 연료는 상기 연료펌프 36에 의해 공급되고, 흐름은 연료계측밸브 38에 의해 상기 엔진으로 행하여 변화된다. 바람직하게는 상기 연료계측밸브 38는 스프링-동작으로 닫혀지는 비례 솔레노이드 밸브가 바람직하다. 상기 솔레노이드 밸브의 위치는 상기 연료계측밸브 38를 통하여 연료유속( rate of fuel flow)을 변경시키는 상기 솔레노이드를 통과하는 전류의 함수에 따라 변경된다.
도 8A(개방위치)와 도 8B(폐쇄위치)는 상기 연료계측밸브 38의 일 실시예를 도시한 것이고, 여기서 상기 밸브를 V 라 한다. 상기 밸브 V는 비례 솔레노이드 S 와 플런저 공간(cavity)을 나타내는 밸브보디 B를 포함한다. 길이방향 축을 따라 신장하는 길이방향으로 이동가능한 실린더형 플런저 P는 상기 길이방향 축에 관하여 변화하는 변경가능한 직경의 팁 T을 포함한다. 중앙에 위치되는 오리피스 혹은 구멍 O을 갖는 오리피스판(orifice plate)혹은 흐름판 F은 상기 밸브보디 B에 제공된다.( 다르게는 단지 상기 실린더형 플런저 P만이 상기 오리피스 O와 함께 작용될 수 있다.) 상기 오리피스판 F은 상기 밸브보디 B를 유입챔버와 유출챔버로 구분한다. 연료유입라인 FI은 상기 유입챔버에 제공되는 연료유입구에 연결되고 연료유출라인 FO은 상기 유출챔버에 제공되는 연료유출구에 연결된다. 상기 솔레노이드 S의 작동 때문에 실린더형 플런저 P와 팁 T은 길이방향으로 이동된다. 상기 팁 T은 도 8A에 도시한 바와같이 연료를 관통하여 흐름시키기 위하여 상기 오리피스 O의 크기를 변경하도록 상기 오리피스판 F의 오리피스 O와 함께 작용한다. 이는 다시 말해서 상기 유입구에서 상기 유출구로 상기 오리피스판 F의 오리피스 O를 통한 상기 흐름을 변경한다. 도 8B는 상기 유입챔버와 유출챔버사이에서 연료흐름을 방지하기 위하여 상기 오리피스 O를 폐쇄시키는 상기 팁 T을 도시한 것이다. 따라서, 상기 오리피스판 F에 관련된 상기 팁 T의 위치는 상기 환형연소기 14로의 연료흐름을 제어한다. 도 8A와 8B에 도시한 바와 같이, 상기 팁 T은 상기 오리피스 O보다 큰 직경과 상기 오리피스 O의 직경보다 작은 직경사이에서 변화한다. 이것에 의해서 실린더형 플런저 P는 제 1 길이방향과 제 2 길이방향 양쪽으로 이동하도록 되어 있다. 상기 실린더형 플러저 P는 상기 오리피스 O를 통하여 연장하고, 상기 실린더형 플런저 P가 제 1 길이방향으로 제 1 거리를 이동할 때, 막혀진 위치에서 상기 오리피스판 F을 가로질러 흐름을 막는 상기 오리피스판 F과 접촉한다. 상기 실린더형 플런저 P가 상기 막힘위치에서 제 2 방향으로 이동될 때, 상기 팁 T은 상기 오리피스판 F으로 부터 떨어져 위치되어 상기 오리피스판 F을 통한 흐름은 상기 팁 T의 길이방향 위치의 함수에 의해서 변화된다.
도 9는 연료계측밸브 38의 또 다른 실시예를 도시한 것이며, 여기서 상기 밸브는 V'라 한다. 상기 밸브 V'는 비례 솔레노이드 S'와 플런저공간을 형성하는 밸브보디 B'를 포함한다. 길이방향 축에 따라 신장하도록 된 길이방향으로 이동가능한 실린더형 플런저 P'가 제공되고, 상기 밸브보디 B'의 플런저공간내로 신장한다. 상기 실린더형 플런저 P'는 매니폴드(manifold)혹은 팁 M에 확고히 고정되는 실린더형 플런저 P로 구성된다. 연료는 상기 밸브보디 B'를 형성하는 유입구를 통해 연료유입라인 FI으로부터 상기 실린더형 플런저 P'주변의 연속링 R1인 실린더형 플런저 P'상의 실린더형 챔버내로 들어온다. 연료흐름은 구멍통로 H3를 경유하여 유출구를 형성하는 축구멍 H2과 연결되는 유입구를 형성하는 연결 축구멍 H1을 통해 링 R1으로부터 상기 밸브보디 B'에 의해 형성되는 유출구로 진행되고, 이어서 환형 링 R2를 경유하여 연료유출라인 FO을 빠져나간다. 구멍 H1,H2,H3은 상기 유입포트로부터 유출포트에 유체 연결하는 흐름통로(a flow passageway)를 형성한다.
상기 폐쇄위치는 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 실린더형 플런저 P'가 왼쪽으로 완전히 위치될 때이다. 이는 상기 연료유출라인 FO으로부터 링 R2을 완전히 막는 것이다. 연료의 계측은 연료유출라인 FO에 링 R2이 위치되는 것에 의해서 이루어진다. 또한, 벤트라인(vent lines) VE1,VE2은 상기 플런저 이동영역의 단부에서 상기 공간과 연결된다.
상기 계측밸브의 작동에 있어서, 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 비례솔레노이드 S'는 상기 밸브보디 B'의 공간내에서 제 1 길이방향으로 상기 실린더형 플런저 P'을 이동시키도록 작동된다. 이어서, 상기 실린더형 플런저 P'(링 R2을위치시킴)는 상기 연료유입라인 FI에서 상기 연료유출라인 FO으로 연료흐름을 차단하거나 이를 통한 연료흐름을 허용하도록 위치된다. 상기 연료흐름유속은 상기 연료유출라인 FO에 관련된 링 R2의 길이방향위치에 의존하며, 이러한 경우 연료펌프 압력은 일정하게 유지되는 조건이다. 상기 계측밸브에 대한 연료펌프압력은 압력안전밸브를 경유하여 유지된다. 상기 링 R1,R2은 상기 실린더형 플런저 P에 장착되는 상기 매니폴드 M상에 형성된다. 상기 링 R1,R2을 형성하는 상기 매니폴드 M의 외부는 상기 연료유입라인 FI과 연료유출라인 FO 양측 또는 일측을 통해 통과하는 흐름을 변경하거나 막는 브록킹부재(blocking member)로서 작동한다. 따라서, 상기 길이방향으로 상기 매니폴드 M를 이동시키는 것은 상기 유입포트, 유출포트 및 브록킹부재들이 상기 유입구와 유출구에 상호작용하도록 하여 상기 유입구에서 유출구로 향하여 상기 밸브보디 B'를 통한 흐름을 변경시킨다.
도 1A와 2에 도시한 바와 같이, 상기 도관 41내에 위치되는 상기 연료분사밸브 39는 24V 직류 2방향(two-way) N.C. 솔레노이드밸브와 같은 통상적으로 닫쳐진 솔레노이드밸브이다. 실제 작동에서, 상기 연료분사밸브 39는 상기 엔진으로의 연료(계측밸브를 경유)공급이 중단될 때, 정해진 시간동안 단지 개방위치에 있다. 전기모터 52는 상기 회전자 속도가 0 RPM(revolution per minute)에 이르는 상기 전기모터 52가 꺼지는 시간에 이를 때까지 작동한다. 이러한 경우 상기 연료분사기 40 또는 이에 관련된 매니폴드내의 잔여연료들이 상기 연료탱크 30내로 상기 연소기압력에 의해 배출되어지도록 한다. 이러한 배출작동은 연료분배에 문제를 야기시킬수 있는 연료분사기 40의 코킹(coking), 막힘(clogging)인 플러깅(plugging)을 예방/최소화한다.
도 10은 상기 환형연소기 14 일부의 부분단면을 보여주고 있다. 상기 환형연소기 14는 압축기/터빈 기구 100와 연결된다. 상기 압축기/터빈 기구 100은 엔진회전자 혹은 회전자 구동축 106 주변에 배치되는 압축기 블레이드 102와 터빈 블레이드 104를 포함한다. 외측 베어링으로 외팔보식으로(cantilevered) 돌출하는 상기 엔진 회전자 106는 길이방향 Z축을 중심으로 회전하게 되고, 도 1A에 개략적으로 도시된 베어링 20,21에 의해 지지된다.
환형 외부하우징벽 108이 제공되고, 압축기 블레이드 102에 인접하여 위치되는 공기취입통로(an air intake passage) 110를 형성한다. 외부연소기 라이너벽 112과 전방 하우징벽 혹은 내측 하우징벽 114은 환형 연소챔버 116를 형성한다. 상기 전방 하우징벽 114과 상기 외부 하우징벽 118의 전방부분은 상기 환형 연소챔버 116와 유체 연결되는 확산기(diffuser)출구에 인접하기 시작하는 압축기/확산기 공기통로 혹은 통로 118를 형성한다. 압축기 확산기 CD는 상기 통로 118에 제공된다. 상기 환형 연소챔버 116, 상기 터빈 및 공기유로 118는 서로 유체 연결된다. 환형냉각영역 119은 상기 전방하우징벽 114의 말단부(a distal end) 120와 상기 외부 연소기 라이너벽 112의 전방단부로서 형성된다. 상기 환형 냉각영역 119은 환형터빈노즐 128측으로 냉각공기를 향하게 한다. 환형 공기희석덕트 혹은 공기희석노즐 122은 상기 외부연소기 라이너벽 112의 종단부에 형성된다. 주름모양의 위글 스트립(a corrugated wiggle strip) 124이 상기 공기희석덕트 122에 제공될 수 있다. 선택적으로 상기 위글 스트립 124은 제거될 수 있으며, 가상선으로 도시한 바와 같이 상기 외부연소기 라이너벽 112에 형성되는 어느 한쪽 구멍 H로, 또는 가상선으로 도시한 바와 같이 터빈노즐벽 126' 주위에 상기 외부연소기 라이너벽 112을 갖고, 상기 환형연소챔버 116내로 채워지는 화염을 희석하기 위한 상기 외부연소기 라이너벽 112에 형성되는 복수의 구멍 H 와 T을 갖는 것으로서 교체될 수 있다. 링(미도시)이 제 2차 공기공급으로의 공기유입량을 조절하기 위하여 상기 구멍 T의 단면영역에 인접하여 제공되며, 일정한 화염온도와 NOx방출을 유지하는 것이 바람직하다.
상기 외부연소기 라이너벽 112은 복수개인 2개의 볼트 BO로서 고정되는 상기 외부하우징에 고정된다. 상기 볼트 BO중 하나는 액체연료용 연료시스템을 개시하기 위하여 적응되는 점화기 GP를 수용하는 구멍을 형성한다. 상기 점화기 GP는 각각의 볼트 BO를 관통하고 상기 환형 연소챔버 116내로 연장한다. 상방으로 신장하는 굽어진 터빈 노즐벽 126은 공기희석노즐 122과 일정간격을 유지한다. 다르게는 상기 터빈노즐벽 126은 가상선으로 도시한 바와 같이 직선화될 수 있으며, 126'로 도시되어 있다. 상기 터빈 노즐벽 126과 전방 하우징벽 114은 상기 터빈을 형성하는 터빈블레이드 104와 유체연결되는 상기 환형 터빈노즐 128을 형성한다. 공기유로 혹은 통로 129는 상기 외부 하우징벽 108과 외부연소기 라이너벽 112사이에 형성된다.
복수의 예비혼합챔버 혹은 제 2차 예비혼합챔버 130들은 원주방향으로 일정간격을 유지하여 상기 환형연소챔버 116의 후방벽에 인접한 상기 외부연소기 라이너벽 112에 고정된다. 복수의 원주방향으로 분배되는 방사방향 혹은 접선방향으로 위치되는 다수개의 연료분사기 혹은 노즐 132은 상기 외부하우징벽 108을 통하여 도 11A의 제 1차 예비혼합챔버, 유입구영역 혹은 제 1 단부 138로 향한 연료공급위치와 같은 공기흐름통로 129내로 연장한다.
도 11A와 도 11B에 도시한 바와 같이, 상기 연료분사기 132는 상기 외부하우징벽 108을 관통하고, 공기유로 129내에서 끝난다. 복수의 제 1차 예비혼합도관 134은 상기 환형연소챔버 116의 후벽 136에 인접한 외부연소기 라이너벽 112 주위를 감싸면서 연장한다. 상기 1차 예비혼합도관 134의 유입구영역 138은 상기 연료분사기 132의 종료단부와 매우 근접하고 유체 연결되게 위치되며, 화살표 140의 흐름방향과 마주하도록 경사져 있다. 교반기(swirler) 142는 1차 예비혼합도관 134으로 연료기화와 액체연료의 분산을 돕도록 각각의 상기 1차 예비혼합도관 134에 제공된다. 다르게는 상기 교반기 142는 제거될 수 있다. 1차 예비혼합도관 134들이 상기 연료 분사기 132의 배출구 단부에 대하여 배치되어, 연소가능한 혼합물을 위하여 공기가 추가적으로 부가되어지는 상기 예비혼합챔버 130내의 주로 원주방향으로, 배출구 혹은 제 2단부로부터 농후한 연료/공기 혼합물( rich fuel/air mixture)( 비연소성 혼합물)을 상기 환형 연소챔버 116의 전방 하우징벽 114을 향하여 공급한다. 상기 점화기 GP는 상기 외부연소기 라이너벽 112에 제공되며 자체유지 화염(self-sustaining flame)을 만들기 위하여 상기 연료/공기혼합물을 점화시키도록 상기 환형연소챔버 116내로 연장한다. 상기 연료분사기 132는 도 11A에 도시한 바와 같이, 상기 유입영역 138으로부터 일정거리 떨어져야 한다. 도 11A는 경사진 입구단을 갖는 상기 유입영역 138과 상기 외부하우징벽 108에 직각으로 위치되는 연료분사기 132를 도시하고 있다. 다른 기구가 예를들어, 도 11A에 가상선으로 도시한 바와 같이, 1차 예비혼합 도관 134'과 연료분사기 132'로서 사용될 수 있다.
상기 연소기의 동작을 도 10,11A 및 11B를 참조하여 이하에서 설명한다. 상기 엔진 회전자 106가 회전되어 압축기 블레이드 102는 Z축 주위에서 회전된다. 공기는 취입통로 110내로 빨려 들어와 압축되고, 화살표 140 방향의 상기 공기통로 118와 공기유로 129내로 흘러 들어온다. 상기 압축공기는 냉각덕트 119, 공기희석노즐(air dilution nozzle) 122, 구멍 H을 통하여 상기 환형연소챔버 116내로 배출된다. 또한, 압축공기는 1차 예비혼합도관 134의 유입단부 138로 들어간다. 공기는 또한 각각의 예비혼합 챔버 130의 입구단부 E와 유체연결되는 2차 공기공급구멍 143로 들어간다. 압축 연료는 연료 분사기(fuel injector) 132의 단부에서 배출되고, 동시에 농후 연료/공기 혼합물을 형성하여 (연소기 라이너를 따라 생성된 압력차 때문에)압축 공기에 의해 제1 예비혼합 도관 134의 유입구측 단부 138 내부로 수송된다. 이러한 연료/공기 혼합물은 일단 화염이 개시되자 마자 교반을 유발시키는 선택적인 교반기 142를 통과하여 고온 벽 연료 증기작용(hot wall fuel vaporization)을 향상시킨다. 또한, 보다 긴 제1 예비혼합 도관 134가 농후 연료/공기 혼합물의 보다 긴 체류 시간을 위해 제공될 수 있다; 그러나, 본 배열은 만족스러우며, 양호한 증기작용 및 균일한 연료/공기 혼합 작용을 제공한다. 도12는 제1 예비혼합 도관 134 내에 위치된 노즐 132과 교반기 142를 갖는 또다른 실시예를 도시한다. 다시 도10과 11A를 참조하면, 농후 연료/공기 혼합물은 제1 예비혼합 도관 134에서 공기를 더 혼합시켜 연소용 희박 연료/공기 혼합물을 생성하고 배출 단부에서 화염 전방으로 대부분 원주방향으로 환형 연소 챔버 116 내부로 배출시키는 예비혼합 챔버 130으로 흐른다. 처음에, 상기 점화기 GP는 전원용 에너지를 생성하도록 연소하는 혼합물을 점화한다. 점화후에, 상기 점화기 GP는 꺼진 상태로 유지한다. 후류측 및 공기 희석 노즐 122의 전방측에서 희석 공기가 화염에 유입되어 연소 생성물의 온도를 감소시킨다. 그리고나서, 배출가스는 희석 공기가 혼합된 후에 생성된 화염 전방을 통과하고 터빈 노즐 내부로 들어가 관통하여 터빈 블레이드 104를 통해 관련 터빈 휘일 전력 추출용 속도를 생성시키며, 도18 및 19에 도시된 압축기 블레이드 102 및 발전기를 구동시킨다.
도13A, 13B, 13C 및 13D는 전술한 예비혼합 챔버(premix chamber) 130의 변형예를 도시한다. 특히, 도13A를 참조하면, 각각의 제1 예비혼합 도관 134는 꼬여진 둥근 돌출부를 가지는(twisted lobed) 연료 제2 예비혼합 챔버 150 내부로 끼워짐으로써 연소에 앞서 제2 예비혼합능을 향상시키도록 한다. 각각의 둥근 돌출부(lobe) 152는 연료/공기 혼합물이 소용돌이칠 수 있도록 하는 비틀린 형상을 가진다. 제2 공기 도관 154가 갖추어지고 이는 공기유로 129와 유체 연결된 제2 예비혼합 챔버 150의 단부 중앙에서 각각 제2 예비혼합 챔버 150에 연결된 배출 단부를 가진다. 외부 연소기 벽 112에 고정된 상기 제2 공기 도관 154의 유입구측 단부는 상기 공기유로 129 내부에 위치된다. 도13B에서 도시된 배치는 도13A에 도시된 배치와 유사하고, 동일한 부품에 대하여 동일한 참조부호를 부여한다. 특별히, 제1 예비혼합 도관 134와 제2 공기도관 154는 꼬여진 둥근 돌출부를 가지는 배치에 대하여 대향하도록 원통형 제2 예비혼합 챔버 150 내부로 끼워진다. 도13C에 도시된 바와같이, 혼합 블록(mixing block) 156이 각각의 제1 예비혼합 도관 134, 제2 공기도관 154 및 제2 예비혼합 챔버 150의 연결부에 위치되어, 도관 134와 154로부터의 배출물을 혼합시킨다. 상기 혼합 블록 156은 큰 크기를 가지며 연소기 라이너에 부착되고 따라서 라이너 가열과 전형적인 뒤틀림 경향(typical distortion tendencies)을 감소시킨다. 도 13D는 도13B에 도시된 배치와 유사하며, 동일한 부품에 대하여 동일한 참조부호를 부여한다. 특별히, 제1 예비혼합 도관 134와 제2 공기 도관 154가 확산하는(diverging) 제2 예비혼합 챔버 150'' 내부로 끼워진다.
도13E 및 13F는 외부 연소기 라이너 벽 112에 대한 다른 실시예를 도시하며, 전술한 것처럼, 원주방향으로 적정간격 떨어진 복수개의 구멍 H, 제1 예비혼합 도관 134, 제2 예비혼합 챔버 150'', 제2 공기 도관을 가지며, 상기 공기유로 129로부터 압축공기를 받아 그를 통해 환형 연소 챔버 내부로 배출되도록 하는, 외부 연소기 라이너 벽 112에 대하여 원주방향으로 배치된, 보조 제2 공기 공급 도관 157을 가진다. 이러한 배치는 어떠한 화염 전방 압력 펄스도 분쇄시키도록 도와준다.
운전중에, 본 발명은 저 NOx 형성과 전반적인 배기물질 감소의 결과를 나타낸다.
10ppm 이하의 저 NOx(NO+NO2)가 연소기에서 바람직하며, 이는 낮은 화염 온도를 갖는 저 산화환경(긴 체류시간동안 제1 예비혼합 챔버 내에 유지된 연료/공기)을 통하여 달성될 수 있고, 이후에 짧은 체류 시간을 갖는 제2 희박 연료/공기 혼합물이 연소하여 저 NOx 화염 온도를 생성한다. 최소의 산화가를 갖는 질소원자를 유리시키도록 제1 예비혼합에서 체류 시간을 길게 하는 것이 수소 분자를 화염 안정성을 향상시키도록 유리시키는데 바람직하다(농후 연료/공기 혼합물, 긴 체류 제1 예비혼합). 산화하는 제1 화염 영역 온도가 너무 낮으면 CO(일산화탄소)를 갖는 과도한 UHC(미연소 탄화수소)를 초래할 것이다. 따라서, 화염이 없는 제1 예비혼합이 바람직하다. 낮은 온도 영역의 화염은 균질화, 희박 증기화, 예비혼합되어지는 단계의 운전에 의해 얻어진다. 낮은 화염 온도는 농후한 연료 또는 희박한 연료 조건을 통하여 얻어질 수 있고, 이들중 후자는 CO와 UHC의 증가를 초래하여 좋지 않다.
바람직하게는, 화염이 없는 상태로 농후한 연료/공기를 예비혼합하여 미리 증기화시킨 제1 혼합 시스템이, 2500。F보다 낮은 저온 화염 온도를 형성하는 연소에 앞서, 희박 연료/공기비를 얻을 수 있도록 제2 혼합 시스템에 뒤따르며, 배출가스가 감소된다. 농후 연료/공기비를 가지는 (미연소된)혼합물은 연소에 앞서 오랜 체류 시간동안 제2 예비혼합 희박 스테이지(leaning stage)를 통과하여 화학량론적인(stoichiometric) 화염 상태 및 관련 고 NOx를 피한다. 제2 예비혼합 챔버에 뒤따르는 제1 농후 증기화 예비혼합과 결합된 원주방향 혼합 및 연소가 저 배출 연소를 제공한다. 낮은 화염 온도는 도14에 도시된 것처럼 저 NOx의 결과를 야기한다. 연소기를 통과하는 압력 또는 압력 강하(ΔP)에 대한 상대적으로 낮은 변화를 가지도록 결합된 농후 연료/공기 제1 예비혼합 스테이지에서의 자유 수소는 희박 화염 안정성을 향상시킨다.
처음에, 운전시, 상기 엔진 회전자가 배터리 전원에 의해 구동되고, 동시에 연료는 연소 챔버로 공급되고 점화기는 작동한다. 공기흐름이 점진적인 접선방향으로 압축기 디퓨져(diffuser)에서 배출되고, 제1 분사 혼합 튜브들의 방향으로 이동하며, 여기에서 낮은 압력의 액체 연료와 함께 공기가 혼합 튜브의 입구 또는 제2 예비혼합 도관 134 내부로 분사된다. 단일의 공동을 갖는 교반기가 2 영역에서 연료를 수용하여 단일의 제트(jet) 연료 공급으로부터 균일한 혼합상태로 조장한다. 상기 연료는 연소기 라이너를 통과하면서 압력의 변화에 의해 혼합 챔버내부로 흐르도록 하는 원인이 된다. (만약 교반기가 결합된다면)상기 연료는 일단 화염이 개시되어 증기화되는 제1 혼합 튜브의 내부 직경 벽에서 원심적으로(centrifugally) 회전한다. 이때, 농후하게 증기화된 연료/공기 혼합물은 상기 연료/공기 혼합물이 연료/공기 혼합물의 경로상에 있는 점화기 및/또는 화염역역으로 배출하기에 앞서 희박하게 되는 제2 예비혼합 영역으로 배출되고 그 혼합물을 점화시킨다. 일단 화염이 상기 튜브의 외측에서 개시되면, 열이 그 튜브내의 연료/공기 혼합물의 증기화를 유발시킨다.
차례로 제2 챔버에서 희박하게 되는 상기 제1 영역에서의 농후 연료/공기 혼합물은 농도 및 엔진 운전 속도에 의존하는 화염 온도가 변화하고, 단지 NOx가 최소화되는 2700。F 내지 1500。F의 영역에 있게 된다.
상기 제2 예비혼합 영역 이후의 연소는 낮은 온도에 의해 저 배출을 유발하는 낮은 등가비로 상승된 희박 화염 온도와, 저 NOx값을 유지하도록 낮은 화염 온도에 대하여 CO 배출을 바람직하게는 0.6 내지 0.9φ(등가비) 사이로 감소시키는 화학 반응 변화(CO + OH = CO2+ H)에 대한 증가된 산소반응을 가진다.
상기 연소 생성물은 연료 분사기를 빠져나가는 것에 대한 전형적인 운동에너지 방향을 유지하는 원주방향 및 접선방향으로 연소기를 통과한다. 상기 화염은 압축기 배출 공기가 연소 생성물과 혼합하여 화염온도를 지정된 터빈 입구측 온도로 더 감소시키는 희석영역으로 유입한다. 상기 연료/공기비는 전력요구량과 공기흐름에 의존하고, 후자는 일정할 것이다. 연료흐름은 터빈 회전자에 가해지는 부하에 의존하여 변화한다. 운전중에, 상기 엔진 회전자 속도는 변화하거나 또는 일정할 수 있다.
도14는 연소에 앞선 연료/공기비에 의존하는 운전범위를 보이며, 여기에서 화학량론적인 온도가 3800。F인 화염온도가 과도한 NOx를 유발하게 될 것이다. 바람직하게는, 운전온도가 1500。F 내지 2700。F 사이이며, 더 바람직하게는 가장 낮은 레벨인 0.4 내지 0.6φ에서 2600。F 이하인 것이 가장 바람직하다. 기하학적인 가변성이 없다면, φ는 전력요구에 의존하여 변화할 것이다. 연소를 통해 생성된 에너지의 50%가 압축기를 구동하도록 사용되고 상기 에너지의 50%가 전기를 생성하도록 사용된다고 생각된다. 배출가스 온도 열전쌍 64가 배출 가스의 온도를 측정한다. 이러한 정보에 기초하여, 연소온도가 연료유량에 기초하여 결정될 수 있다. 바람직하게는, NOx 생성물은 20ppm 이하로 제한되어야 한다.
본 발명의 또다른 중요한 특징은 100,000RPM을 초과하는 속도에서 터빈 회전자를 지지하는 베어링에 있다. 도15, 16A-16D 및 17은 베어링 20을 도시하며, 이는 유체 및 오일 댐핑(damping) 베어링이고, 도18에 도시된 터빈 회전자 16을 회전 및 미끄럼 가능하도록 수용한다. 도17은 압축기/터빈 설비 100의 일부를 도시하며, 엔진 주 케이스 253, 윤활 시일 261, O-링 198 및 스냅링 또는 잠금부재 216을 포함한다.
도16A-16D를 참조하면, 도17에 도시된 베어링 20은 탄성 재료로 이루어진 O-링 198을 수용하는 2개의 요홈 196을 갖는 환형으로 된 1조각의 패드(pad) 또는 틸팅(tilting) 패드 베어링 부재 20'를 포함한다. 상기 베어링 부재 20'는 그 베어링 부재 20'에 의해 한정되어진 환형(annulus)을 통해 회전자 18의 원통부를 회전가능하도록 수용한다. 축 연장 스크류 구멍(axial extending screw hole)이 상기 베어링 부재 20'의 일측 단부 표면에 위치된다. 베어링 부재 20'는 발전소의 보디에 장착된 터빈 엔진 하우징 202내에 위치된 베어링 하우징 200에 의해 한정되어진 원통형 구멍 내에 수용된다. 상기 베어링 부재 20'는 후술할 잠금장치 203에 의해 하우징에 장착된다. 2조각으로 분리된 아치형 립(lip) 204가 베어링 하우징 200의 일측 단부로부터 축방향으로 연장한다. 아치형 요홈 또는 스냅링 요홈 206(단지 하나만이 도시된다)이 상기 립 204의 내주면상에 형성된다. 일정 간격을 가지는 러그(lug) 수용 요홈 208이 립 204의 단부에 의해 한정되어지고 베어링 하우징 200의 외측 표면을 따라서 한정된 말단점에서 종료한다. 환형 잠금 러그 링 210이 스크류 구멍들을 가지는 베어링 부재 20'의 단부에 근접하여 제공된다. 180°떨어진 2개의 러그 212가 상기 베어링 부재 20'의 환형으로부터 떨어져 상기 유지 링 210으로부터 방사상으로 연장하고 스크류 수용 구멍들이 잠금 링 210에 형성됨으로써, 상기 잠금 링 210은 베어링 부재 20'의 단부에 위치하는 구멍내부를 통해 잠금 링 210의 단부에 형성된 구멍들을 관통하는 스크류 214에 의해 베어링 부재 20'의 단부에 고정된다. 이때, 베어링 부재 20'는 러그 수용 요홈 208내에 위치된 러그 212를 갖추어 베어링 하우징 200에 수용되고 이는 베어링 부재 20'가 베어링 하우징 200에 대한 길이방향 축에 대해 회전하는 것을 방지한다. 스냅 링 216이 베어링 하우징 200에 형성된 아치형 요홈 206에 삽입되어 러그 212 및 스냅링 216과 베어링 하우징 200 사이의 잠금 링 210을 지지한다. 바람직하게는, 베어링 하우징 200과 베어링 부재 20'의 외경 사이에 작은 공극을 형성한다. 상기 O-링 198은 베어링 부재 20'의 외측 표면과 베어링 하우징 200의 내측 표면 사이에 끼워져 댐퍼(damper) 및 시일(seal)로서 작용한다. 이러한 배치는 스냅링 216이 베어링을 제위치에 유지하도록 하며, 스크류가 손실되는 문제없이 완전하게 비간섭되는 베어링 플로트(float)를 제공한다. 또한, 상기 스냅 링 216과 말단 점이 베어링 부재 20'가 베어링 하우징 200의 축방향으로 이동하는 것을 제한하고 잠금 링 210과 러그 212의 상호작용에 의해 베어링 하우징 200에 대한 상대 이동을 제한하는 동안, 상기 스냅 링 216은 베어링 부재 20'의 조절되거나 제한된 축 및 원주방향 이동을 허용한다.
도18 및 19는 2개의 발전장치 12' 및 12''를 도시한 측면도로서, 전술한 요소들중 많은 것을 채택하고 있다. 특히, 각각의 발전장치 12' 및 12''는 환형 연소기 14, 배출구 26 및 공기 유입구 28를 포함한다. 상기 환형 연소기의 각각은 베어링 20과 21에 의해 회전가능하도록 지지된 회전자 18을 포함하는 각 터빈 회전자 16에 유체적으로 결합된다.
도18을 참조하면, 발전설비가 환형 연소기, 회전자, 상기 회전자에 결합되고 연소기에 유체연결상태인 복수개의 블레이드로 이루어진 터빈, 내부에 위치된 로터에 장착된 복수개의 압축기 블레이드를 갖는 연소기에 유체적으로 결합된 압축기 챔버, 압축기 챔버에 유체적으로 결합된 공기 유입구, 터빈에 유체적으로 결합된 배출구, 상기 회전자에 장착된 복수개의 자석, 및 보디에 갖추어져 자력에 의해 끌어당겨질 수 있는 재료로 형성되고 상기 복수개의 자석에 매우 근접된 상태로 위치됨으로써 회전자의 회전이 회전자 주위의 자속을 변화시킴으로써 전류를 유도함에 의해 전기를 생성할 수 있도록 된 회전자 와인딩(winding)을 갖는 회전자를 포함한다. 입구측 공기는 공기 유입구 28로부터 유로 160을 따라 압축기 102로 흐른다. 상기 유로 160은 도1A 및 3에 도시된 것처럼 외측 쉬라우드(shroud) 162와 기름통(sump) 42 사이에 형성된다. 도18에 도시된 실시예에서, 대기의 공기가 유로 160을 따라 공기 유입구 28 내부 및 기름통 42의 주변으로 유입된다. 대기의 공기는 기름통 42내에 수용된 오일을 냉각시키는 상승된 오일 온도에 의해 약간 가열된다. 계속하여, 상기 공기는 압축기 블레이드 102에 의해 압축되어진다. 이때, 상기 압축 공기는 전술한 것처럼 환형 연소기 14 내부로 이동하고, 연소 생성물 과 가스가 배출구 26을 통해 배출된다. 후술하는 시일 플레이트 조립체 400이 압축기 블레이드 102와 터빈 블레이드 104 사이에 위치되어 열차폐체로서 작용한다. 원통형 슬리브 169가 제공되며, 이는 탄소섬유를 갖는 열저항성 폴리머 수지로 이루어진다. 상기 원통형 슬리브 169는 회전자에 장착되고 엔진 회전자 500에 기계적으로 장착된 발전기 회전자를 형성한다. 상기 슬리브 169의 탄소섬유는 슬리브 169가 큰 회전 속도에 의해 생성되는 힘에 견딜 수 있도록 한다.
도19를 참조하면, 이는 도18과 유사하며, 동일한 요소는 동일한 참조부호로 나타내고, 열교환기 170이 보여진다. 상기 열교환기 170은 외측 쉬라우드 172, 입구측 흐름 통로 174 및 출구측 흐름 통로 176를 포함한다. 상기 입구측 흐름 통로 174는 출구측 흐름 통로 176과 근접하여 위치되며 입구측 공기가 압축기에서 압축기 블레이드 102를 통과한 후에 공동벽을 공유한다. 상기 입구측 공기는 배출구측 흐름 통로 176을 통과하여 환형 연소 챔버 116으로 들어가는 복수개의 유동 튜브 178를 통해 흘러간다. 상기 환형 연소 챔버 116으로부터 배출하는 가스는 배출가스가 터빈 블레이드 104를 지나서 열교환기 170로 흐르는 터빈 영역으로 유입하고, 이 영역은 유입공기를 가열하는 유동 튜브 178 주변의 유동 배출 영역 180을 포함한다. 상기 배출 가스는 유출구측 흐름 통로 176으로 유입되고, 이 통로는 유출구측 흐름 통로 176을 통과하는 배출 가스로부터의 열이 유입구측 흐름 통로 174를 통과하는 압축 공기로 흐를 수 있도록 유입구측 흐름 통로 174에 매우 인접한 상태로 이웃하여 배출 가스 냉각과 유입공기 가열이 이루어진다. 이때, 상기 배출 가스는 유입측 가스를 예열하고 발전설비 12''의 효율을 증가시킨다.
자석 사전부하(preload) 시스템이 갖추어지고, 도20에 도시된다. 전형적인 오일 윤활된 볼 베어링 시스템은 회전자가 회전하는 동안 상대적인 미끄러짐과 고유 재료가 가지는 스폴링(spalling) 손상을 방지하도록 볼이 각각 내부 및 내부 레이스(race)에 접촉하여 있도록 하는 약간의 "사전부하"를 요한다. 일반적으로 가스 터빈 엔진은 약 30% 정격 회전자 속도일 때의 엔진 운전 압력에서 안전한 베어링 추력 하중을 보이지만, 볼이 약간의 미끄러짐 레벨에 있을 때 "스폴(spall)" 손상을 받는다. 작은 가스 터빈은 기계 스핀들과 같이 서로에 예하중을 가하는 한세트의 볼 베어링 스프링을 가지지만, 상기 가스 터빈이 다른 문제를 유발시키는 고유의 열악한 회전자에 의해 절충되어도 좋다.
본 실시예는 각각의 질량 중심점에 대하여 서로로부터 축방향으로 약 2% 정도 떨어져 있는 회전자 302와 고정자 303을 포함하는 엔진 회전자 시스템 300에 갖추어진 필수구성요소인 발전기를 포함함으로써, 강철을 포함하는 고정자 303에 회전자 302의 고유한 축방향 전방 자기력을 형성한다. 이는 발전기 전기 출력 감소를 발생시키지 않으면서 단지 하나의 볼 베어링과 관련함으로써 볼 베어링에 유익한 예하중 조건을 제공한다.
특히, 상기 회전자 302는 원주방향에 위치된 복수개의 영구 자석 MG(하나만 도시됨)를 포함하고, 이들은 고정자 303과 근접하여 매우 밀접한 상태로 위치된다. 상기 회전자 302의 자석 MG와 고정자 303은 거리 "A"만큼 떨어진 질량중심 M1과 M2를 가진다. 상기 회전자 302는 (도1에서 회전자 18에 부합하는)엔진 회전자 301에 부착된다. (전술한 베어링 21에 부합하는)볼 베어링 304가 회전자 302의 베어링 수용부를 규정하는 엔진 회전자 301의 단부에 갖추어진다. 상기 볼 베어링 304는 엔진 회전자 301에 고정된 환형 내부 레이스 306과 상기 환형 내부 레이스 306과 동축선상에 위치되고 보디의 고정자 하우징 307에 고정된 환형 외부 레이스 305를 포함한다. 볼 308은 상기 환형 내부 레이스 306과 환형 외부 레이스 305 사이에 규정된 볼 수용 요홈에 수용된다. 질량중심 M1과 M2에 의해 나타나는 것처럼 축방향에서 고정자 303이 회전자 302에 가하는 자력은 볼 베어링 304에 가해질 연속적인 예하중을 유발시켜 스폴링을 방지하도록 도우며 환형 외부 레이스 305와 환형 내부 레이스 306 사이의 상대적인 축방향 이격을 초래한다.
도21과 22는 본 발명의 또다른 실시예를 보인다. 특히, 도21은 도11A에 도시된 외부 연소기 라이너 벽 112의 후방측 부분과 유사한 라이너 벽 310의 일부를 보인다. 동일한 참조부호는 동일한 요소를 지칭한다. 상기 라이너 벽 112의 일부분은 도11A에 도시된 직선형과는 다르게, 예비혼합 챔버 312의 배출 영역 또는 단부 314가 확산되는 것을 제외하고는, 도11A에 도시된 배열과 유사하게 일정 간격 떨어진 복수개의 예비혼합 챔버 312를 갖는 후방 벽을 포함한다. 도22는 예비혼합 챔버 312를 보다 상세하게 도시한다. 확산형 배출영역 314는 환형 연소 챔버 116으로 유입하는 연료/공기 혼합물인 가스 배출 속도를 감소시킨다. 상기 연료/공기 혼합물은 원주방향에 대한 확산 방향으로 환형 연소 챔버 내부로 배출된다. 상기 예비혼합 챔버 312의 확산 배열은 화염 안정성을 향상시키는 화염 유지기로써 작용한다.
도23은 압축기/터빈 장치 100의 일부분을 보다 상세하게 도시한다. 상기 압축기/터빈 장치 100은 복수개의 터빈 블레이드 104로부터 적정거리 떨어진 복수개의 압축기 블레이드 102를 포함하는 필수구성장치이다. 상기 압축기 블레이드 102와 터빈 블레이드 104는 터빈 디스크와 압축기 디스크를 통해 회전 구동축 106에 고정된다; 상기 압축기 블레이드 102는 터빈 블레이드 104보다 냉각 가스에 더 영향을 받는다; 그리고, 상기 압축기 블레이드 102는 터빈 블레이드 104에 접촉하여 유입하는 고온 가스에 영향을 받는다면 치명적이다. 따라서, 시일 플레이트 조립체 400이 복수개의 압축기 블레이드 102, 복수개의 터빈 블레이드 104 및 회전 구동축 106 사이에 규정된 요홈부 또는 링 수용 공간 402에서 터빈 노즐 401과 디퓨저(diffuser) 403 사이에 유지된다.
도24에 도시된 바와같이, 시일 플레이트 조립체 400은 형상면에서 대략의 원형이고 2개의 반원부재 404로 이루어진 분할링이다. 바람직하게는, 상기 2개의 반원부재 404의 각각은 내열성 재료로 이루어진다. 상기 시일 플레이트 조립체 400의 반원부재 404는 도19 및 23에 도시된, 보디에 고정된 디퓨저 403과 터빈 노즐 401 사이의 움푹한 곳에 끼워져 유지된다. 도23을 참조하면, 각각의 반원부재 404의 단면부는 경사부 408, 상기 경사부 408에 연결된 컵부(cup portion) 410, 및 상기 컵부 410에 연결된 립부(lip portion) 412를 포함한다. 상기 터빈 노즐 401은 시일 플레이드 조립체 400을 제위치에 지지하도록 시일 립부 412에 인접하여 있다. 상기 시일 플레이트 조립체 400은 링 수용공간 402에 인접하여 위치된 회전 구동축 106의 직경과 대략 동일하지만 크지는 않은 외경을 가지는 구멍 416을 가지며, 이 구멍 416을 통해 회전 구동축 106이 관통한다. 상기 시일 플레이트 조립체 400의 경사부는 압축기 블레이드 102에 의해 형성되는 압축기 휘일 411에 매우 인접한 상태에 있다. 복수개로 된 상기 압축기 블레이드 102의 가장자리는 각도 α로 연장하여 도19에 도시된 경사부 408에 인접하여 위치된다. 공기 또는 가스 갭(gap) 418이 상기 경사부 408의 표면 420과 컵부 410에 의해 규정된다. 보다 상세하게는, 표면 420과 컵부 410이 서로 떨어진 두 개의 벽을 포함하며, 이 벽은가스 갭 418을 규정하는 환형 연소 챔버 116과 유체 연결 상태에 있다. 상기 시일 플레이트 조립체 400은 가스가 터빈 블레이드에서 직접 압축기 블레이드로 또는 그 반대로 흐르는 것을 방지하도록 터빈 블레이드 104와 압축기 블레이드 102를 분리시킨다. 상기 열악한 열전도측성을 갖는 HASTALLOY-X??재료의 결합, 가스 갭 418 및 복수애의 터빈 블레이드 104 주변에 형성된 개구부를 갖는 립부 412의 적은 접촉 면적은 복수개의 압축기 블레이드 102에 대한 뛰어난 단열을 제공한다. 상기 시일 플레이트 조립체 400은 HASTALLOY-X??대신에 세라믹 재료 또는 열에 약한 단열재료 및 고산화저항성 재료로 이루어진다.
일반적으로, 상기한 전기발전시스템 운전방법은 다음과 같다. 우선, 상기 회전자는 전기, 즉 전지로부터 제공받은 전류를 고정자에 공급함으로써 회전된다. 이는 공기를 압축기로 공급하여 압축공기를 발생시킨다. 압축공기는 연소챔버로 흘러들어가고, 적어도 일부가 연료와 혼합하여 연료/공기 혼합물로 된다. 상기 연료/공기 혼합물은 배기가스를 발생시키는 연소챔버내에서 점화된다. 상기 배기가스와 압축 가스중 일부는 터빈의 터빈 노즐을 통과하고, 배출된다. 상기 고정자에 제공된 전기는 상기 고정자와 협력하는 회전자 주위에 위치된 회전 자석에 의해 생성되어질 전기를 발생시키는 제1 속도로 상기 회전자가 회전할 때 차단된다. 바람직하게는, 상기 회전자 베어링은 윤활오일에 의해 윤활되어지고, 상기 윤활오일과 연료는 하나의 모터에 의해 구동되는 펌프를 통과하도록 제공된다. 바람직하게는, 상기 연료/공기 혼합물이 확산 노즐을 통해 연소 챔버 내부로 유도되고, 압축 공기가 배기 가스에 의해 예열된다.
다시 도1A 및 1B를 참조하면, 전기발전시스템 10은 다음과 같은 바람직한 방법으로 운전된다. 먼저, 상기 전기 발전시스템 10은 DC 전지 72에 의해 에너지를 공급받아 기동되고 전기-기계 연료 밸브가 개방되며, 이는 기동기 운전으로 언급한다. 선택적으로, AC 전원이 DC 전지 72 대신에 사용될 수 있다. 이 밸브는 항상 개방된 상태이고 연료가 차단되어야만 하는 긴급상황에서만 폐쇄된다. 이때 상기 기동기가 활성화된다. 상기 DC 전지로부터의 전원이 점화기에 펄스를 준다. 상기 전지 전원은 압축기 축이 회전하여 입구측 공기가 환형 연소기 14로 유입되도록 한다. 상기 연료 퍼지 밸브 39는 폐쇄 위치에서 유지되고 연료를 연소배압에 의해 연료 분사기 40으로부터 공급탱크 30으로 퍼지하기 위한 시간동안 개방된다.
이때, 전기 모터 52가 동작한다. 이 모터는 윤활 오일 펌프 50과 연료 펌프 36을 구동한다. 상기 가스 터빈 엔진 발전기/모터는 오일 압력이 설정된 최소치에 도달할 때까지 동작되지 않는다. 상기 오일 압력 변환기는 오일 압력을 감시하여 오일 압력이 설정 레벨 이하로 떨어지는 긴급 차단 조건을 결정한다. 동시에 상기 연료 펌프 36는 조정 연료 공급 압력을 제공한다.
상기한 순서에 의해, 엔진 고정자가 공기를 엔진으로 흐르게 유발하는 엔진 회전을 시작한다. 정격 회전자 속도의 대략 5% 정도에서, 점화가 계속되고, 엔진 회전자가 정격 회전자 속도의 약 10% 정도에 도달할 때, 연료가 연소기로 공급된다. 점화기 GP는 상기 환형 연소기 14 내부에서 연료/가스 혼합물을 점화한다. 정격 회전자 속도의 약 40% 정도에서, 상기 점화기와 기동기 운전이 정지된다. 상기 엔진은 정격 회전자 속도까지 계속하여 가속된다. 이러한 혼합물의 점화가 초기에 발생하여 알맞은 연료/공기 화염 점화가 가능하도록 하는 것이 중요하다. 연소기로 흘러들어가는 초기 연료량은 비례 솔레노이드 연료 미터링 밸브 38을 설정하도록 사용되어지는 유입구측 및 유출구측 배기 가스 온도에 기초하여 설정된다. 초기 점화 및 충분한 화염 에너지에 의해, 상기 회전자 속도가 정격 회전자 속도까지 가속된다. 상기 회전자의 속도는 배기가스 온도에 의존한다. 상기 전기 모터 52는 배기 온도가 4초보다 더 오랫동안 미리 설정된 최대 온도를 초과하면 정지된다.
본 발명의 시스템은 무게가 2,00 파운드나 되는 종래의 디젤 전기 발전기를 대체한다. 또한, 본 발명에 따라 제작된 가스 터빈에 의해 동력을 공급받는 45 킬로와트 발전기는 대략 350 파운드의 무게를 가질 것이며, 30ppm 보다 낮은 NOx를 방출할 것이다. 나아가, 본 발명은 가변 속도에서도 효과적으로 운전될 수 있지만, 일정속도가 바람직하다.
특히, 본 시스템의 전력/초기화동안에, 에너지는 24 볼트 전지에서 제공된다. 전기-기계 연료 밸브가 개방된다. 이때 점화기가 점화 플러그에 펄스전원을 제공함으로써 동작한다(2500볼트에서 .25내지 .34볼트의 전기에너지, 초당 4내지 5회의 스파크). 이것은 본 시스템이 "냉각상태기동(cold started)"인지 또는 "가열상태기동화(hot started)"인지에 달려 있으며, 여기에서 압축기가 오랜 시간 동안 작동되지 않았을 때 "냉각상태기동" 상태이고, 압축기가 최근에 작동되었을 때 "가열상태기동" 상태이다. 상기 압축기 입구측 온도 또는 잔여 배기 온도는 과도한 온도 조건을 피하도록 초기 연료 흐름에 영향을 주도록 작용한다. 연료 흐름은 비례 솔레노이드 밸브 세팅(설정, setting)을 통해 조절된다. 전술한 스프링-부하 퍼지 밸브는 평상시에는 폐쇄되고 잔여 연료를 연소기 배압에 의하여 연료 탱크로 퍼지하기 위해 1분 동안 정지되는 동안에만 동작하여 개방된다. 상기 오일 펌프는 회전자 오일 펌프 및 연료 펌프용 전기모터에 의해 연료펌프와 함께 동작된다. 상기 가스 터빈 엔진 전기 모터는 오일 압력이 최소 압력 레벨에 있을 때 까지는 스풀업(spool up)되도록 동작하지는 않을 것이다. 또한 오일 압력 변환기가 오일 압력이 최소값보다 떨어지는 경우에 비상정지를 위해 사용된다. 24 볼트 모터에 의해 구동되는 자동 구동형 연료펌프는 65 내지 70psig의 조정 연료 공급 압력을 미리 설정된 값으로 설정된 비례 솔레노이드 미터링 밸브에 제공한다. 바람직하게는, 상기 오일 펌프와 연료 펌프가 동일한 모터에 의해 구동된다. 이때, 상기 가스터빈 회전자는 발전기가 기동모터로터 작용하는 전기 모터에 의해 회전된다. 상기 모터가 스풀 업(spool up)되는데 필요한 에너지의 양은 다음에 의한다: 1) 상기 압축기에 의한 유량과 압력; 및 2) 터빈에 의해 팽창되는 고온가스로부터 발생된 에너지. 즉, 이는 20% 내지 50-60%의 속도 및/또는 온도 사이에서 정격 회전자 속도의 기능을 증가시킨다. 정격 회전자 속도의 대략 40%대에서, 전기모터 에너지는 차단될 것이며, 상기 회전자는 자체동작할 것이다. 연소기로의 연료 흐름은 100% 정격 회전자 속도의 5%에서 초기화된다(예컨데, 100,000RPM 시스템에서 5,000RPM). 점화가 초기에 발생하도록 하는 것이 중요하다(착화주기(light-off period)). 이는 알맞은 점화가 가능하게 한다. 연소기로 유입하는 초기 연료량은 비례 솔레노이드 밸브를 적정하게 설정하도록 유입구측 및 잔여 배기 가스온도에 기초하여 결정된다. 상기 회전자가 정격 회전자 속도의 100%에 도달할 때까지 연소기로의 연료공급이 증가된다. 최초 착화(initial light-off)를 따르면, 상기 콘트롤 시스템은 1000℉이상의 배출가스 온도를 검출하고, 상기 회전자 속도의 가속율(acceleration)을 설계회전자 속도의 대략 90%로 조절한다. 이러한 시점에서, 연료의 제어가 이루어져 상기 배출가스 온도는 500℉ 내지 1000℉내로 이루어지고, 보다 바람직하게는 500℉ 내지 700℉ 사이로 이루어진다. 100%의 설계 회전자속도로의 개시시간은 10초 미만일수 있다. 과온도 차단스위치(over temperature shutoff switch)가 상기 배출포트부근에 위치되어 만일 상기 배출가스 온도가 수초동안 사전에 설정된 값을 초과하는 경우에는 상기 연료공급을 차단하게 된다.
상기 단위 회전자속도의 90%의 설계회전자속도에서, 상기 시스템은 폐쇄루프(closed route loop)를 통하여 제어되어 100%의 설계 회전자속도를 유지할 것이다. 따라서, 연료흐름은 부하 요구에 따라서 변화하여 100%의 설계 회전자속도를 유지할 것이다. 바람직하게는, 100%의 설계회전자속도에서 상기 속도제어루프는 상기 착화를 차단하고 상기 시스템으로 부터 동력을 인출함으로서 유지된다. 상기 배출가스 온도는 동력수요에 따라서 변화될 것이다.
본 발명은 온-로드(on-load) 혹은 오프-로드(off-load)상태 도중에 100% 의 설계회전자속도를 유지할수 있는 능력을 가지며 상기 전체 터빈출력의 대략 50%가 무부하(no-load)상태에서 압축기를 구동하도록 요구되어지는 것이다. 그리고, 상기 엔진 콘트롤러는 상기 시스템을 검지하여 연료펌프, 오일펌프 혹은 이러한 펌프들을 구동시키는 전기 모터 52들의 고장이 발생되었는 지의 여부를 판단하는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예들이 상기에서 설명된 것이고, 이들은 첨부된 클레임의 범위내에서 상기와는 다르게 실시될수 있음을 알아야 한다.

Claims (38)

  1. 보디;
    상기 보디내에 갖춰진 환형 연소기;
    상기 보디에 제공되어진 회전자에 고정된 다수개의 터빈 블레이드를 갖추고, 상기 연소기에 유체가 연통하도록 된 터빈;
    상기 보디내에 제공되고 상기 연소기에 유체가 연통하도록 된 압축기 챔버;
    상기 회전자에 고정되고 상기 압축기 챔버내에 위치된 다수개의 압축기 블레이드;
    상기 압축기 챔버에 유체가 연통하는 공기 유입포트;
    상기 터빈에 유체가 연통하도록 된 배출포트;
    상기 회전자에 고정된 다수개의 자석;및
    상기 보디내에 제공되고 자성재료로 이루어지며 상기 다수개의 자석에 인접하여 위치되는 고정자를 포함하고, 상기 회전자의 회전은 상기 고정자의 주위에서 자속(flux)의 변화를 초래하여 전기를 생성시키는 발전시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 환형 연소기에 유체적으로 연통하는 연료펌프를 추가 포함함을 특징으로 하는 발전시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 연료펌프는 용량형 연료펌프(positive displacement fuel pump)임을 특징으로 하는 발전시스템.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 연료펌프는 제로터방식(gerotor type)의 용량형 연료펌프임을 특징으로 하는 발전시스템.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 회전자를 회전가능하게 지지하는 베어링;과
    상기 베어링에 유체 연결된 윤활유 펌프;를 추가 포함함을 특징으로 하는 발전시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 연료펌프와 오일펌프들은 용량형 펌프들임을 특징으로 하는 발전시스템.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 각각의 펌프들은 케이싱내에 위치된 내측 회전자를 포함하고, 상기 내측 회전자들은 상기 케이싱주위를 이동하도록 되어 상기 케이싱을 통하여 유체를 펌핑하며, 각각의 내측 회전자들은 전기모터에 의해서 구동되어짐을 특징으로 하는 발전시스템.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 각각의 내측 회전자들은 동일한 전기 모터에 의해서 구동되어짐을 특징으로 하는 발전시스템.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 각각의 용량형 펌프들은 제로터방식이고, 상기 각각의 내측 회전자들은 상기 케이싱과 내측 회전자사이에 위치된 외측회전자에 상호작용하며, 축이 상기 내측 회전자들중의 적어도 어느 하나와 상기 전기 모터에 연결되어짐을 특징으로 하는 발전시스템.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 환형 연소기에 유체 연결되는 연료 계측 밸브를 추가 포함함을 특징으로 하는 발전시스템.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 연료 계측 밸브는:
    길이방향 축을 따라서 연장하는 플런저를 갖추고, 상기 플런저가 팁을 갖는 비례식 솔레노이드(proportional solenoid);
    플런저 공동을 형성하고, 상기 플런저가 상기 플런저 공동내에서 연장하며, 유입구와 배출구를 형성하는 밸브보디;및
    내측에 형성된 구멍을 갖고, 상기 밸브 보디에 연결되며, 상기 유입구와 배출구사이의 플런저 공동내에서 위치되는 유동 플레이트( flow plate)를 포함하고,
    제 1길이방향으로 상기 플런저의 이동은 상기 팁이 상기 유동 플레이트내에 형성된 구멍과 상호 작용하여 상기 유입구로 부터 상기 구멍 플레이트내에 형성된 상기 구멍을 통하여 배출구로 향한 흐름을 변화시키도록 구성되어짐을 특징으로 하는 발전시스템.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 팁은 상기 길이방향 축에 대하여 변화하는 직경을 갖춤을 특징으로 하는 발전시스템.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 팁 직경은 상기 유동플레이트내에 형성된 상기 구멍의 직경보다 적은 직경과, 상기 유동플레이트내에 형성된 직경보다는 큰 직경사이에서 변화하고, 상기 플런저는 상기 제 1길이방향과 제 2길이방향으로 모두 이동하게 되며, 상기 플런저가 상기 제 1길이방향으로 제 1거리를 이동하는 때, 상기 플런저팁은 상기 유동플레이트내에 형성된 상기 구멍을 통하여 연장하고, 상기 유동플레이트에 접촉하며, 차단위치에서는 상기 유동플레이트를 가로지르는 흐름을 차단하고, 상기 플런저가 상기 차단위치로 부터 제 2방향으로 이동되는 때, 상기 팁은 상기 유동 플레이트로 부터 멀리 위치되고, 상기 유동 플레이트를 통한 흐름은 상기 팁의 길이방향위치의 함수로서 변화함을 특징으로 하는 발전시스템.
  14. 제 10항에 있어서, 상기 연료 계측 밸브는:
    길이방향 축을 따라서 연장하는 플런저를 갖추고, 상기 플런저가 팁을 갖는 비례식 솔레노이드(proportional solenoid);
    플런저 공동을 형성하고, 상기 플런저가 상기 플런저 공동내에서 연장하며, 유입구와 배출구를 형성하는 한편, 상기 팁이 차단위치를 갖고, 내부에 형성된 흐름통로( flow passageway)가 유입포트와 배출포트를 갖는 밸브보디를 포함하고,
    상기 유입포트는 상기 배출포트에 유체가 연통되고, 제 1길이방향으로 상기 팁의 이동은 상기 유입포트, 배출포트및 차단부재로 하여금 상기 유입구와 배출구에 상호작용하게 하여 상기 밸브 보디를 통하여 상기 유입구로 부터 배출구로 향한 흐름을 변화시키도록 함을 특징으로 하는 발전시스템.
  15. 제 1항에 있어서, 내부에 형성된 둥근 고리(annulus)를 통하여 상기 회전자의 실린더부를 회전가능하도록 수용하는 환형 베어링을 추가 포함하고, 상기 베어링은 상기 보디에 고정되며, 상기 베어링은 회전자를 지지하여 상기 회전자가 길이방향축을 중심으로 회전하도록 구성됨을 특징으로 하는 발전시스템.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 베어링은 잠금기구에 의해서 상기 보디에 고정되고, 상기 잠금기구는:
    상기 베어링에 고정되고 둥근고리로 부터 방사상방향으로 멀어지도록 연장하는 러그, 상기 보디내에 형성되어 상기 베어링을 수용하는 실린더형 베어링 수용구멍과 상기 보디내에 형성되어 상기 러그를 수용하며 상기 베어링이 상기 보디에 대하여 상기 길이방향 축을 중심으로 회전하는 것을 방지하는 러그 수용요홈;과
    상기 베어링에 상호작용하여 상기 보디에 대한 제 1길이방향으로 상기 베어링의 이동을 제한하기 위한 잠금부재;를 포함함을 특징으로 하는 발전시스템.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 러그요홈은 상기 보디에서 종료점(termination point)에서 종료하고, 상기 종료점은 상기 러그와 상호작용하여 상기 보디에 대하여 제 2길이방향으로 상기 슬리브의 이동을 제한하도록 구성됨을 특징으로 하는 발전시스템.
  18. 제 15항에 있어서, 상기 베어링의 외측면과 보디사이에 위치된 댐퍼를 추가 포함함을 특징으로 하는 발전시스템.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 댐퍼는 탄성중합체(elastomeric material)재료로서 이루어진 O-링으로 이루어짐을 특징으로 하는 발전시스템.
  20. 제 17항에 있어서, 2개의 러그수용요홈들이 한쌍의 서로 분리된 호형립(lip)들에 의해서 형성되고, 각각의 상기 호형립들은 개방면의 러그수용요홈을 형성하며, 상기 러그수용요홈들은 서로 이격되고, 2개의 방사상으로 연장하는 러그들을 갖는 환형지지러그링이 상기 베어링에 고정되는 한편, 상기 러그들은 각각의 러그수용요홈들에 의해서 수용되고, 상기 잠금부재는 상기 호형 립내에 형성된 스냅링 요홈(snap ring recesses)들 내에 수용된 스냅링임을 특징으로 하는 발전시스템.
  21. 제 1항에 있어서, 상기 환형 연소기는:
    외측 하우징벽;
    외측 연소기벽;및
    내측 연소기벽을 포함하고, 상기 외측 하우징 벽과 상기 외측 연소기벽들은 상기 압축기 챔버에 유체가 연통되어지는 공기흐름통로를 형성하고, 상기 내측 연소기벽과 상기 외측 연소기벽들은 상기 터빈과 상기 공기흐름통로에 유체가 연통되어지는 연소챔버를 형성함을 특징으로 하는 발전시스템.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 외측 하우징벽을 통과하는 연료분사기;와
    상기 외측 연소기벽에 장착되고 상기 연료분사기와 공기흐름통로에 유체가 연통되어지는 제 1단부를 갖는 예비혼합챔버를 추가 포함하고,
    상기 예비혼합챔버는 상기 연소챔버내에 위치된 제 2단부를 갖추며, 연료및 압축공기는 상기 예비혼합챔버내로 흐르고, 상기 예비혼합챔버내에서 혼합되어 연료/공기 혼합물을 형성하고 상기 예비혼합 챔버의 제 2단부로 부터 상기 연소챔버로 배출되도록 구성되어짐을 특징으로 하는 발전시스템.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 외측 연소기 벽에 고정되는 일단부를 갖추고, 상기 예비혼합 챔버의 제 1단부와 상기 예비혼합챔버 제 2단부의 중간에서 상기 예비혼합챔버에 고정되는 제 2단부를 갖는 예비혼합 도관(conduit)을 추가 포함하고, 상기 예비혼합 도관은 상기 공기흐름통로와 상기 예비혼합 챔버에 유체가 연통되도록 구성되어짐을 특징으로 하는 발전시스템.
  24. 제 22항에 있어서, 상기 예비혼합 챔버의 제 2단부는 분기(diverge)하도록 구성되어짐을 특징으로 하는 발전시스템.
  25. 제 23항에 있어서, 연료가 상기 예비혼합챔버의 내로 배출하는 상기 연료분사기의 단부는 상기 예비혼합 챔버의 제 1단부로 부터 일정거리 떨어져 위치되어짐을 특징으로 하는 발전시스템.
  26. 제 22항에 있어서, 상기 연소챔버내에 위치된 착화기(igniter)를 추가 포함함을 특징으로 하는 발전시스템.
  27. 제 22항에 있어서, 상기 예비혼합 챔버는 이를 통과하여 흐르는 물질을 소용돌이 일으키기 위한 수단을 포함함을 특징으로 하는 발전시스템.
  28. 제 21항에 있어서, 상기 다수개의 압축기 블레이드는 상기 회전자에 의해서 형성되어지는 다수개의 터빈 블레이드로 부터 링수용공간만큼 길이방향으로 이격되고,
    상기 보디에 고정되고 상기 링수용공간내에 위치되는 분할링(split ring)을 추가 포함하며,
    상기 분할링은 회전자가 통과하는 구멍을 형성하는 한편, 상기 링은 상기 압축기 블레이드로 부터 터빈 블레이드로, 그리고 상기 터빈 블레이드로 부터 압축기 블레이드로 향하여 가스가 직접적으로 흐르는 것을 방지하기 위하여 상기 터빈 블레이드로 부터 상기 압축기 블레이드를 분리시키도록 구성되어짐을 특징으로 하는 발전시스템.
  29. 제 28항에 있어서, 상기 분할링은 2개의 섹션(section)을 포함하고, 각 섹션은 상기 연소기에 유체가 연통되어지는 가스간극을 형성하는 2개의 이격된 벽들을 포함하도록 구성되어짐을 특징으로 하는 발전시스템.
  30. 제 1항에 있어서, 상기 터빈과 상기 배출포트에 유체 결합된 배출흐름통로와, 상기 압축기 챔버와 환형 연소기에 유체가 연통되어지는 압축공기 유입통로를 갖는 열교환기를 추가 포함하고, 상기 가스배출통로는 상기 압축공기 유입통로에 근접배치되어 상기 가스 배출통로를 통하여 흐르는 배출가스로 부터의 열이 상기 압축공기 유입통로를 통하여 흐르는 압축공기로 전달되어 상기 배출가스를 냉각시키고, 상기 압축공기를 가열시킴을 특징으로 하는 발전시스템.
  31. 제 30항에 있어서, 상기 압축공기 유입통로와 상기 가스배출통로는 공통벽(common wall)들을 포함함을 특징으로 하는 발전시스템.
  32. 제 31항에 있어서, 상기 압축공기 통로는 상기 가스배출통로를 통하여 흐르는 다수개의 튜브들을 포함함을 특징으로 하는 발전시스템.
  33. 제 1항에 있어서, 상기 회전자의 베어링 수용부를 추가 포함하고, 상기 자석의 질량중심(center of mass)과 상기 고정자의 질량중심은 축상으로 편심(offset)되어 상기 고정자와 자석의 자기견인력에 기인한 상기 베어링의 사전부하(preloading)를 일으킴을 특징으로 하는 발전시스템.
  34. 제 33항에 있어서, 상기 베어링은 상기 회전자에 고정된 내측 레이스(race)와 상기 보디에 고정된 환형 외측레이스및 상기 내,외측 레이스내에 수용된 다수개의 볼들을 갖는 볼베어링이고, 상기 내측레이스는 상기 외측레이스로 부터 길이방향으로 편심되어 있음을 특징으로 하는 발전시스템.
  35. 다수개의 압축기 블레이드와 다수개의 터빈블레이드들이 부착되어진 회전자와,
    상기 회전자주위에 위치되고 고정자에 근접배치된 다수개의 자석을 회전시켜서, 전기가 상기 고정자에 제공되어 상기 회전자의 회전을 이루도록 하는 단계;
    상기 다수개의 압축기 블레이드를 포함하는 압축기내로 공기를 끌어들이는 단계;
    압축기에 의해서 상기 끌어들여진 공기를 압축하는 단계;
    상기 압축공기를 연소챔버로 흐르도록 하는 단계;
    상기 연소챔버로 흘러들어온 압축공기의 적어도 일부와 연료를 혼합하여 연료/공기 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 연료/공기혼합물을 연소챔버공간내에서 착화하여 열에너지를 생성하는 단계;
    상기 열에너지와 상기 압축공기의 잔여분을 다수개의 터빈 블레이드를 갖는 터빈으로 통과시키는 단계;
    상기 열에너지와 상기 압축가스 잔여분을 배출시키는 단계;
    상기 회전자가 제 1속도로 회전하는 때, 상기 고정자로 제공된 전기를 중단시키는 단계;및
    상기 고정자에 상호작용하는 회전자의 주위에 위치된 상기 회전하는 자석에 의해서 전기가 생성되도록 하는 단계;를 포함하는 발전시스템을 작동시키기 위한 방법.
  36. 제 35항에 있어서, 상기 회전자는 윤활유에 의해서 윤활되어지고,
    상기 윤활유와 연료를 하나의 모터에 의해서 구동되어지는 펌프들을 통하여 공급하는 단계를 추가 포함함을 특징으로 하는 발전시스템을 작동시키기 위한 방법.
  37. 제 35항에 있어서, 상기 연료/공기 혼합물은 분기노즐들을 통하여 상기 연소챔버로 유입되어짐을 특징으로 하는 발전시스템을 작동시키기 위한 방법.
  38. 제 35항에 있어서, 상기 압축공기를 열에너지에 의해서 예열하는 단계를 추가 포함함을 특징으로 하는 발전시스템을 작동시키기 위한 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101232054B1 (ko) * 2011-08-12 2013-02-15 국방과학연구소 마이크로 터빈용 연소기의 성능 평가 장치 및 그 성능 평가 방법

Families Citing this family (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6453658B1 (en) * 2000-02-24 2002-09-24 Capstone Turbine Corporation Multi-stage multi-plane combustion system for a gas turbine engine
US6810677B2 (en) 2001-08-27 2004-11-02 Elliot Energy Systems, Inc. Method for gas turbine light-off
US6786049B2 (en) 2002-05-22 2004-09-07 Hamilton Sundstrand Fuel supply control for a gas turbine including multiple solenoid valves
US6836720B2 (en) * 2002-09-13 2004-12-28 Elliott Energy Systems, Inc. Offload control of turboalternator with rich burn quick quench lean burn combustor to prevent blowout of combustor
US6819999B2 (en) * 2002-09-13 2004-11-16 Elliott Energy Systems, Inc. Multiple control loop acceleration of turboalternator previous to self-sustaining speed
US6834226B2 (en) * 2002-09-13 2004-12-21 Elliott Energy Systems, Inc. Multiple control loop acceleration of turboalternator after reaching self-sustaining speed previous to reaching synchronous speed
US7574867B2 (en) * 2003-04-02 2009-08-18 Tma Power, Llc Hybrid microturbine for generating electricity
US6942451B1 (en) 2003-06-03 2005-09-13 Hamilton Sundstrand Corporation Damping system for an expendable gas turbine engine
US7194866B1 (en) 2003-06-20 2007-03-27 Hamilton Sundstrand Corporation Static structure for an expendable gas turbine engine
US8438858B1 (en) 2003-08-20 2013-05-14 Hamilton Sundstrand Corporation Rotational system for an expendable gas turbine engine
EP1528343A1 (de) * 2003-10-27 2005-05-04 Siemens Aktiengesellschaft Keramischer Hitzeschildstein mit eingebetteten Verstärkungselementen zur Auskleidung einer Gasturbinenbrennkammerwand
FR2878286B1 (fr) * 2004-11-25 2009-05-22 Snecma Moteurs Sa Turbomachine comportant un generateur de courant electrique integre
US7211906B2 (en) * 2005-04-04 2007-05-01 Tma Power, Llc Rankine—microturbine for generating electricity
US7574853B2 (en) * 2005-10-17 2009-08-18 Tma Power, Llc Microturbine with CHP system having a distillation apparatus
US7836698B2 (en) * 2005-10-20 2010-11-23 General Electric Company Combustor with staged fuel premixer
US7726112B2 (en) 2006-04-24 2010-06-01 Pratt & Whitney Canada Corp. Fuel system of gas turbine engines
US7626892B2 (en) * 2006-05-01 2009-12-01 Tai-Her Yang Timing device with power winder
US7908072B2 (en) * 2007-06-26 2011-03-15 General Electric Company Systems and methods for using a combustion dynamics tuning algorithm with a multi-can combustor
AU2010247851B2 (en) 2009-05-12 2014-07-24 Icr Turbine Engine Corporation Gas turbine energy storage and conversion system
US8866334B2 (en) 2010-03-02 2014-10-21 Icr Turbine Engine Corporation Dispatchable power from a renewable energy facility
US20110265438A1 (en) * 2010-04-29 2011-11-03 Ryan William R Turbine engine with enhanced fluid flow strainer system
US8915088B2 (en) * 2010-06-11 2014-12-23 Hamilton Sundstrand Corporation Fuel control method for starting a gas turbine engine
FR2962491B1 (fr) * 2010-07-07 2014-04-04 Snecma Procedure d'allumage pour une chambre de combustion de turbomachine
US8984895B2 (en) 2010-07-09 2015-03-24 Icr Turbine Engine Corporation Metallic ceramic spool for a gas turbine engine
WO2012031297A2 (en) 2010-09-03 2012-03-08 Icr Turbine Engine Corporation Gas turbine engine configurations
US8395275B2 (en) 2010-11-09 2013-03-12 Hamilton Sundstrand Corporation Integrated permanent magnet alternator and cooling fan
US9051873B2 (en) 2011-05-20 2015-06-09 Icr Turbine Engine Corporation Ceramic-to-metal turbine shaft attachment
US20140190178A1 (en) * 2011-08-11 2014-07-10 Beckett Gas, Inc. Combustor
US10634354B2 (en) 2011-08-11 2020-04-28 Beckett Gas, Inc. Combustor
EP2594766B1 (en) * 2011-11-18 2014-06-18 Hamilton Sundstrand Corporation A gas turbine engine comprising a permanent magnet alternator with integrated cooling fan
US10113434B2 (en) 2012-01-31 2018-10-30 United Technologies Corporation Turbine blade damper seal
US10094288B2 (en) 2012-07-24 2018-10-09 Icr Turbine Engine Corporation Ceramic-to-metal turbine volute attachment for a gas turbine engine
EP2762687A1 (en) 2013-02-01 2014-08-06 Siemens Aktiengesellschaft Method for starting a combustion system
US9958160B2 (en) 2013-02-06 2018-05-01 United Technologies Corporation Gas turbine engine component with upstream-directed cooling film holes
EP2954261B1 (en) 2013-02-08 2020-03-04 United Technologies Corporation Gas turbine engine combustor
US10914470B2 (en) 2013-03-14 2021-02-09 Raytheon Technologies Corporation Combustor panel with increased durability
US9347378B2 (en) * 2013-05-13 2016-05-24 Solar Turbines Incorporated Outer premix barrel vent air sweep
US20150115781A1 (en) * 2013-10-25 2015-04-30 Michael L Luparello Electrical Generator
CN104153827B (zh) * 2014-07-07 2016-03-02 桐庐福瑞太阳能科技有限公司 一种一体式风洞型汽轮发电设备
US10274201B2 (en) * 2016-01-05 2019-04-30 Solar Turbines Incorporated Fuel injector with dual main fuel injection
US20190002117A1 (en) 2017-06-30 2019-01-03 General Electric Company Propulsion system for an aircraft
RU182859U1 (ru) * 2018-05-28 2018-09-05 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Сферический генератор
US20200340409A1 (en) * 2019-04-24 2020-10-29 Viettel Group System and method for gas turbine engine control
US11788464B2 (en) 2019-05-30 2023-10-17 Joseph Michael Teets Advanced 2-spool turboprop engine
US20220332168A1 (en) * 2021-03-23 2022-10-20 Luther J. Worthington, Jr. Apparatus for cooling and/or heating the interior of an environment and methods of using same
FR3135114A1 (fr) * 2022-05-02 2023-11-03 Safran Procede d’injection de melange hydrogene-air pour bruleur de turbomachine
US11970977B2 (en) 2022-08-26 2024-04-30 Hamilton Sundstrand Corporation Variable restriction of a secondary circuit of a fuel injector

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3187188A (en) 1959-07-21 1965-06-01 Curtiss Wright Corp High speed turbo-generator
FR1304701A (fr) * 1961-08-16 1962-09-28 Machine génératrice de courant à turbomoteur
US3613360A (en) 1969-10-30 1971-10-19 Garrett Corp Combustion chamber construction
US4486147A (en) * 1982-04-20 1984-12-04 The Garrett Corporation Turbocharger and rotor shaft assembly
US4619588A (en) * 1984-04-25 1986-10-28 Facet Enterprises, Incorporated Wet motor gerotor fuel pump with vapor vent valve and improved flow through the armature
US4928479A (en) 1987-12-28 1990-05-29 Sundstrand Corporation Annular combustor with tangential cooling air injection
US5140807A (en) * 1988-12-12 1992-08-25 Sundstrand Corporation Air blast tube impingement fuel injector for a gas turbine engine
US5129222A (en) * 1990-06-21 1992-07-14 Sundstrand Corporation Constant air/fuel ratio control system for EPU/IPU combustor
US5180034A (en) * 1990-12-06 1993-01-19 General Electric Co. Adaptive lubrication oil system
US5237817A (en) * 1992-02-19 1993-08-24 Sundstrand Corporation Gas turbine engine having low cost speed reduction drive
JP2943544B2 (ja) * 1992-12-11 1999-08-30 トヨタ自動車株式会社 ガスタービン発電装置
US5497615A (en) 1994-03-21 1996-03-12 Noe; James C. Gas turbine generator set
US5697848A (en) 1995-05-12 1997-12-16 Capstone Turbine Corporation Compound shaft with flexible disk coupling
US5685156A (en) * 1996-05-20 1997-11-11 Capstone Turbine Corporation Catalytic combustion system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101232054B1 (ko) * 2011-08-12 2013-02-15 국방과학연구소 마이크로 터빈용 연소기의 성능 평가 장치 및 그 성능 평가 방법

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007170396A (ja) 2007-07-05
ID22740A (id) 1999-12-09
CA2273221A1 (en) 1998-06-11
RU2243383C2 (ru) 2004-12-27
AU5689298A (en) 1998-06-29
CN1255190A (zh) 2000-05-31
CN1122148C (zh) 2003-09-24
US6314717B1 (en) 2001-11-13
BR9714776A (pt) 2000-10-03
EP0943069B1 (en) 2003-10-08
DE69725463D1 (de) 2003-11-13
WO1998025082A1 (en) 1998-06-11
EP0943069A1 (en) 1999-09-22
EP0943069A4 (en) 2001-04-11
ATE251739T1 (de) 2003-10-15
JP2002518987A (ja) 2002-06-25
JP4465344B2 (ja) 2010-05-19

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