KR20180134941A - 가스 터빈 연소 챔버를 위한 개선된 인젝터 - Google Patents

Abstract

가스 터빈 연소 챔버용 인젝터(1)로서, 상기 인젝터는:
- 유체 공급 시스템(5)과;
- 길이방향 축선(Z-Z)을 따라서 연장되는 인젝터 몸체(4)와;
- 상기 인젝터 몸체(4) 상에 배열되어 상기 길이방향 축선(Z-Z)에 대해 경사진 방향(X-X)으로 상기 유체를 분사하도록 구성된 분사 헤드(6);
를 포함하며,
상기 인젝터(1)는, 유체가 분사되는 방향(X-X)을 변화시키도록 상기 길이방향 축선(Z-Z)을 중심으로 상기 인젝터(1)를 선택적으로 회전시키도록 구성된 액추에이터(7)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 터빈 연소 챔버를 위한 개선된 인젝터

본 발명은 항공기용 연소 챔버의 분야에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 그러한 연소 챔버용 인젝터에 관한 것이다.

전형적으로 항공기 연소 챔버 내에서 사용되는 인젝터는 여러 상이한 작동 속도의 함수로서 최적화된 성능을 제공하도록 구성된다.

그럼에도 불구하고 이들 상이한 연소 속도는 매우 다른 특성을 가지며, 때로는 상충되는 제한사항을 수반하므로, 상이한 조건들 사이에서 챔버에 대한 성능 절충점을 찾을 필요가 있다.

결과적으로, 본 발명의 인젝터는 최적화의 관점에서 상당한 여유를 남겨 둔다.

본 발명은, 이러한 문제를 적어도 부분적으로 만족시키는 시스템을 제안하고자 한다.

이를 위해, 본 발명은, 가스 터빈 연소 챔버용 인젝터로서, 상기 인젝터는:

- 유체 공급 시스템과;

- 길이방향 축선을 따라서 연장되는 인젝터 몸체와;

- 상기 인젝터 몸체 상에 배열되어 상기 길이방향 축선에 대해 경사진 방향으로 상기 유체를 분사하도록 구성된 분사 헤드; 를 포함하며,

상기 인젝터는 유체가 분사되는 방향을 변화시키도록 상기 길이방향 축선을 중심으로 상기 인젝터를 선택적으로 회전시키도록 구성된 액추에이터를 더 포함하며, 상기 액추에이터는 상기 인젝터의 배향이 상기 길이방향 축선을 중심으로 회전함으로써 변화될 수 있도록 구성되며, 진폭은 90도보다 작거나 같은, 가스 터빈 연소 챔버용 인젝터를 제공한다.

전형적으로 유체 공급 시스템은 인젝터에서 누설밀봉 힌지부를 갖는 가요성 공급 라인 또는 강성 공급 라인을 포함한다.

또한 본 발명은 상기한 바와 같이 적어도 하나의 인젝터를 포함하는 연소 챔버를 제공한다.

예를 들어, 연소 챔버는 선회 기술 연소 챔버이고, 상기 적어도 하나의 인젝터는 연소 챔버 외측의 슬리브 내에 배열된다.

전형적으로, 액추에이터는 연소 챔버를 우회하는 압력 및/또는 연료 압력의 함수로서 인젝터의 배향을 변화시키도록 구성된 제어 시스템을 포함한다.

또한 본 발명은 상기한 바와 같은 연소 챔버를 포함하는 터빈 엔진을 제공한다.

또한 본 발명은 터빈 엔진을 포함하는 항공기를 제공한다.

본 발명의 또 다른 특징, 목적 및 이점은, 명백하게 예시적이고 비-제한적이며, 첨부된 도면을 참조하여 읽어야 하는 다음의 설명으로부터 나타나며, 여기서 도 1은 본 발명의 일 태양에 있어서의 인젝터의 도면이고, 도 2a 및 도 2b는 그 작동을 나타내는 도면이다.
도면 전체에 걸쳐서, 공통된 요소는 동일한 부재 번호로 식별된다.

도 1은 본 발명의 일 태양에 있어서의 인젝터의 도면이고, 도 2a 및 도 2b는 그 작동을 나타내는 도면이다.

도 1은, 연소 챔버(3), 예를 들어 항공기 터빈 엔진에 통합되는 데 적합한 선회 기술 연소 챔버의 벽(2)에 장착된 인젝터(1)의 도면이다.

연소 챔버(3)가 선회 기술(gyratory technology)인 경우, 인젝터(1)는 예를 들어 연소 챔버(3) 외측의 슬리브에 배열된다.

도시된 바와 같이, 인젝터(1)는 연소 챔버(3)의 내부 공간으로 돌출하는 단부(41)를 갖는 몸체(4)를 포함한다. 인젝터(1)의 몸체(4)는, 길이방향 축선(Z-Z)으로 정의되는, 길이방향으로 연장된다.

유체 공급 시스템(5)은 본체(4)의 단부(41)에 배열되는 분사 헤드(6)에 연료를 공급하도록 인젝터(1)의 몸체(4)에 통합된다. 전형적으로 분사 헤드(6)는 분사 노즐에 의해 형성된다.

도시된 예에서, 유체 공급 시스템(5)은 몸체(4)의 내측에서 실질적으로 길이방향 축선(Z-Z)을 따라서 연장되는 덕트이다.

유체 공급 시스템(5)은, 예를 들어 가요성 부분을 제공하는 공급 라인(feed line), 또는 인젝터에서 누설밀봉 힌지부(leaktight hinge)를 갖는 강성 공급 라인을 포함할 수 있다.

도시된 바와 같이, 단부(41)는 전체적으로 반구 형상이며, 분사 헤드(6)를 수용하기 위하여 중공인 부분을 갖는다. 따라서, 분사 헤드(6)는 도면에서 분사 축선(X-X)에 의해 표시되는 분사방향을 획정한다. 이러한 분사 축선(X-X)은 길이방향 축선(Z-Z)에 대하여 0도 내지 90도 범위 내의 각도로 기울어져 있다.

따라서, 연소 챔버(3)의 작동시, 인젝터(1)는 분사 헤드(6)의 배향에 의해 획정되는 분사방향을 따라서 연료를 분사하도록 사용된다.

또한, 연소 챔버(3)의 작동 모드에 관계없이 분사가 최적화되도록 하기 위해서, 제안된 본 시스템은 회전 구동 수단(71), 특히 톱니바퀴를 통해 인젝터(1)의 몸체(4)에 연결되는 액추에이터(7)를 갖는다.

예를 들어, 액추에이터(7)는 랙, 로드, 또는 또 다른 임의의 적절한 구동 수단을 사용하는 구동 수단을 갖는다.

인젝터(1)의 몸체(4)는 길이방향 축선(Z-Z)을 중심으로 회전하는 자유도를 허용하도록 구성된 베어링(83 및 84)을 통해 연소 챔버(3)의 벽(2)에 연결된다.

도시된 예에서, 제1 베어링(83)은 몸체(4)의 단부(41)에 가깝게 배열되고, 제2 베어링(84)은 연소 챔버(3)로부터 더 멀리 떨어진 몸체(4)의 부분에 배열된다.

전형적으로 절연 요소(85)는 연소 챔버(3)로부터 제1 베어링(83)을 절연하고 보호하도록 인젝터(1)의 몸체(4)와 연소 챔버(3)의 벽(2) 사이에 배열된다.

따라서, 액추에이터(7)는 인젝터(1)가 길이방향 축선(Z-Z)을 중심으로 선회 될 수 있도록 한다. 전형적으로 그러한 선회의 진폭은, 예를 들어 180도의 최대 각도, 또는 90도의 최대 각도에 걸치도록 제한된다.

도 2a 및 도 2b는 도 1에 표시된 방향 A를 따라서 바라본 2개의 도면이다. 이들 2 개의 도 2a 및 도 2b는 인젝터(1)의 배향을 변화시키는 예를 매우 도식적으로 나타내며, 여기서 분사방향은 축선(X-X)으로부터 이 축선(X-X)에 대해 90도 각도의 각을 이루는 방향(X-X')까지 움직인다.

인젝터(1)의 배향에 있어서의 그러한 변화, 그에 따른 유체가 분사 헤드(6)에 의해 분사되는 방향에 있어서의 그러한 변화는 연소 챔버(3)의 작동 속도의 함수로서 분사를 최적화하는 것을 가능하게 한다.

구체적으로, 연소 챔버를 위한 종래의 인젝터는 정지된 상태이며, 이것은 분사가 연소 챔버의 작동 모드에 적합해질 수 없음을 의미하며, 이는 소정의 작동 모드, 예컨대 저속 모드시 증가된 연료 소비를 초래한다.

따라서 제안된 구조는, 작동 모드에 관계없이, 연소 챔버(3)의 작동을 최적화할 수 있고, 따라서 부분 부하 하에서의 소비를 개선하면서, 연소 시스템의 견고성(robustness)을 향상시키는 것을 가능하게 한다.

전형적으로 약 90도의 진폭에 걸친 회전은 연소 챔버의 작동이 다양한 작동 모드에서 최적화될 수 있도록 하기에 충분하다.

예를 들어, 복수의 인젝터를 갖는 연소 챔버(3)에 있어서, 각각의 인젝터는 연소 챔버(3)의 작동을 최적화하기 위해서 독립적으로 제어될 수 있다.

인젝터는, 예컨대 액추에이터와 연산 수단을 연관시킴으로써 능동적인 방식으로 조향되거나, 연소 챔버(3) 내의 공기의 압력 및/또는 유체 공급 시스템(5) 내에 존재하는 압력으로부터 수동적으로 조향될 수 있다.

수동적인 형식의 제어를 예로 들면, 연소 챔버(3) 및/또는 유체 공급 시스템(5) 내의 압력을 빼서, 선회 제어 수단(71)을 구동하는 잭 또는 피스톤과 같은 시스템을 제어함으로써, 인젝터(1)를 조향한다.

따라서 제어 압력은 연소 챔버(3) 및/또는 유체 공급 시스템(5)에서 취해질 수 있고, 예를 들어 액추에이터(7)의 디폴트 방향을 규정하는 스프링과 같은 복귀 수단에 의해 가해질 수 있는 추력에 대항할 수 있다. 따라서 연소 챔버(3) 및/또는 유체 공급 시스템(5) 내의 압력 변화는 인젝터(1)의 배향을 변화시키도록 이끌어, 분사를 최적화할 수 있도록 한다. 액추에이터 또는 피스톤을 압력 해제 수단과 연관시킴으로써, 수동형 액추에이터(7)가 구성되므로, 인젝터(1)의 배향을 연속적으로 제어할 수 있다.

능동적인 형식의 제어를 예로 들면, 액추에이터(7)는, 연소 챔버를 우회하는 공기 회로에서 연소 챔버(3) 내로부터 취해진 압력의 함수로서, 또는 유체 공급 시스템(5) 내의 압력의 함수로서 해당 인젝터를 조향시키도록 구성될 수 있다. 보다 일반적으로, 액추에이터(7)는 전형적으로 연소 챔버를 포함하는 엔진 상의 부하의 함수로서의 고려 하에서 인젝터를 조향시킨다. 도 1의 예에서, 유체 공급 시스템(5) 내의 유체의 압력을 측정하도록 구성된 센서(72)가 개략적으로 도시되어 있으며, 그에 따라 액추에이터(7)는 이 측정의 함수로서 인젝터(1)를 조향시킬 수 있다.

전형적으로 액추에이터(7)는 인젝터(1)를 연속적으로 조향하도록 구성되어, 연소 챔버를 손상시킬 수 있는, 과도현상(transient phenomena)을 특히 회피할 수 있도록 한다.

Claims (7)

1. 가스 터빈 연소 챔버용 인젝터(1)로서,
   - 유체 공급 시스템(5)과;
   - 길이방향 축선(Z-Z)을 따라서 연장되는 인젝터 몸체(4)와;
   - 상기 인젝터 몸체(4) 상에 배열되어 상기 길이방향 축선(Z-Z)에 대해 경사진 방향(X-X)으로 상기 유체를 분사하도록 구성된 분사 헤드(6)와;
   - 유체가 분사되는 방향(X-X)을 변화시키도록 상기 길이방향 축선(Z-Z)을 중심으로 상기 인젝터(1)를 선택적으로 회전시키도록 구성된 액추에이터(7);
   를 포함하는 상기 인젝터에 있어서,
   상기 액추에이터(7)는 상기 인젝터(1)의 배향이 상기 길이방향 축선(Z-Z)을 중심으로 회전함으로써 변화될 수 있도록 구성되며, 진폭은 90도보다 작거나 같은 인젝터.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 유체 공급 시스템(5)은 상기 인젝터(1)에 연결되는 누설밀봉 힌지부를 갖는 가요성 공급 라인 또는 강성 공급 라인을 포함하는 인젝터(1).
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 따른 적어도 하나의 인젝터(1)를 포함하는 연소 챔버(3).
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 연소 챔버는 선회 기술 연소 챔버이며, 상기 적어도 하나의 인젝터(1)는 상기 연소 챔버 외측의 슬리브에 배열되는 연소 챔버(3).
5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
   상기 액추에이터(7)는 연소 챔버를 우회하는 압력 및/또는 연료 압력의 함수로서 상기 인젝터(1)의 배향을 변화시키도록 구성된 제어 시스템을 포함하는 연소 챔버(3).
6. 청구항 3 내지 5 중 어느 한 항에 따른 연소 챔버(3)를 포함하는 터빈 엔진.
7. 청구항 6에 따른 터빈 엔진을 포함하는 항공기.

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