KR101450867B1 - 역류 분사 메카니즘을 구비한 가스 터빈 연소기 - Google Patents

Abstract

특정 실시예에 따르면, 시스템은 역류 분사 메카니즘을 포함한다. 역류 분사 메카니즘은 연료 및 공기 분사 개구(70, 72, 156, 157, 210, 211)로 유도되는 연료 및 공기 통로를 포함하는 연료 공기 분사 메카니즘(50, 150)을 구비하며, 연료 및 공기 분사 개구(70, 72, 156, 157, 210, 211)는 가스 터빈 연소기(30)의 대체로 종방향의 유동 축에 대해서 편심 위치에 대체로 역류 방향으로 배치되어 있다.

Description

역류 분사 메카니즘을 구비한 가스 터빈 연소기{GAS TURBINE COMBUSTOR HAVING COUNTERFLOW INJECTION MECHANISM}

도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따라 로드에 결합된 가스 터빈 엔진을 구비하는 예시적인 시스템의 블록도,

도 2는 도 1에 도시된 바와 같은 가스 터빈 엔진의 예시적인 연소기의 종방향 개략도로서, 본 발명의 특정 실시예에 따라 연소기의 중실 내부 케이싱을 따라 원주방향으로 배치된 다수의 연료-공기 분사 로브를 구비하는 역류 분사 메카니즘을 더 도시하는 도면,

도 3은 도 2에 도시된 바와 같은 연소기의 실시예의 횡방향 개략도로서, 중실 내부 케이싱의 원주에 따라 다중 반경방향 위치에 배치된 다수의 연료-공기 분사 로브를 더 도시하는 도면,

도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 연소기의 변형 실시예의 종방향 개략도로서, 연소기의 중실 내부 케이싱을 따라 원주방향으로 배치된 동일평면 연료-공기 분사 영역의 반경방향 어레이를 구비한 역류 분사 메카니즘을 더 도시하는 도면,

도 5는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 연소기의 변형 실시예의 종방향 개 략도로서, 연소기의 중실 내부 케이싱을 따라 원주방향으로 배치된 내측으로 캔틸레버된 연료-공기 분사 부재의 반경방향 어레이를 구비한 역류 분사 메카니즘을 더 도시한 것이며, 내측으로 캔틸레버된 연료-공기 분사 부재의 각각은 연소기의 종방향 유동 축에 대해서 대체로 종방향 및 역류로 배향된 다수의 동축 연료-공기 포트를 구비하는, 도면,

도 6은 도 5에 도시된 바와 같은 연소기의 실시예의 횡방향 개략도로서, 중실 내부 케이싱의 원주를 따라 다중 반경방향 위치에 배치된 내측으로 캔틸레버된 연료-공기 분사 부재의 반경방향 어레이를 더 도시하는 도면,

도 7은 도 5에 도시된 바와 같은 내측으로 캔틸레버된 연료-공기 분사 부재중 하나의 실시예의 횡단면도로서, 연소기의 종방향 유동 축에 대해 대체로 종방향 및 역류로 배향된 연료 및 공기의 동축 흐름을 더 도시하는 도면,

도 8은 도 5에 도시된 바와 같은 연소기의 변형 실시예의 종방향 개략도로서, 내측으로 캔틸레버된 연료-공기 분사 부재의 각각이 연소기의 종방향 유동 축에 대해서 대체로 횡방향 및 역류로 배향된 다수의 동축 연료-공기 포트를 더 포함하는, 도면

도 9는 도 8에 도시된 바와 같은 연소기의 실시예의 횡방향 개략도로서, 중실 내부 케이싱의 원주를 따라 다중 반경방향 위치에 배치된 내측으로 캔틸레버된 연료-공기 분사 부재의 반경방향 어레이를 더 도시하는 도면,

도 10은 도 8에 도시된 바와 같은 내측으로 캔틸레버된 연료-공기 분사 부재중 하나의 실시예의 횡단면도로서, 연소시의 종방향 유동 축에 대해서 대체로 종방 향 및 역류의 방향에서의 연료 및 공기의 동축 흐름을 더 도시하며, 또한 연소기의 종방향 유동 축에 대해서 대체로 횡방향 및 역류의 2개의 대향 방향에서의 연료 및 공기의 동축 흐름을 도시하는 도면,

도 11은 도 1에 도시된 바와 같은 연소기의 실시예의 종방향 개략도로서, 터빈 노즐에 또는 그 근방에서 연소기의 중실 내부 케이싱상에 배치된 단일의 내측으로 캔틸레버된 연료-공기 분사 부재를 구비하는 역류 분사 메카니즘을 더 도시하며, 내측으로 캔틸레버된 연료-공기 분사 부재는 연소기의 종방향 유동 축에 대해서 대체로 종방향 및 역류로 배향된 다수의 동축 연료-공기 포트를 구비하는, 도면,

도 12는 본 발명의 특정 실시예에 따른 동일 종방향 또는 축방향에서의 동축 연료 및 공기 유동을 갖는 예시적인 연료-공기 분사기의 개략도,

도 13은 동축 연료 및 공기 흐름을 가진 연료-공기 분사기의 변형 실시예의 개략도로서, 연료 유동은 공기 유동에 대해서 횡방향 또는 외측의 반경방향으로 재배향되어 있는, 개략도,

도 14는 공기 유동에 대해서 횡방향 또는 내측 반경방향으로 배향된 중앙 축방향 공기 유동 및 외부 연료 유동을 구비한 연료-공기 분사기의 다른 변형 실시예의 개략도,

도 15는 연료 공기 유동 양자를 위한 소용돌이 메카니즘을 포함하는 동축 연료 및 공기 유동을 구비하는 연료-공기 분사기의 다른 변형 실시예의 개략도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 시스템 12 : 가스 터빈 엔진

18 : 압축기 24 : 배기 섹션

56 : 중실 내부 케이싱 58 : 천공된 외부 케이싱

64 : 연료 분사 조립체 66 : 공기 분사 조립체

96 : 연료 유동 98 : 공기 유동

150 : 분사 메카니즘 152 : 연료-공기 주입 부재

154 : 공동-유동체 200 : 중앙 연료 포트

210, 211 : 동축 연료-공기 포트 260 : 동축 연료-공기 분사 메카니즘

328 : 연료 소용돌이 메카니즘 332 : 공기 소용돌이 메카니즘

이 부분은 하기에 개시되고 및/또는 청구된 본 발명의 양상에 관련될 수 있는 다양한 기술 형태를 당업자에게 안내하기 위한 것이다. 이러한 설명은 본 발명의 다양한 형태의 양호한 이해를 용이하게 하기 위해서 배경 정보와 함께 당업자들에게 도움이 될 것으로 판단된다. 따라서, 이들 설명은 종래 기술의 도입으로서가 아니라 이러한 관점에서 읽어야 한다.

가스 터빈 엔진과 같은 연소 엔진은 다양한 오염물질 배기를 생성한다. 예를 들면, 오염물질 배기는 일반적으로 COx(carbon oxides), NOx(nitrogen oxides), SOx(sulfur oxides) 및 미립 물질(PM : particulate matter)을 포함한다. 이들 오염물질 배기는 미국과 그 외에서 엄격하게 규제된다. 가스 터빈 엔진으로부터의 NOx 배기는 연료 및 공기를 사전혼합시킴으로써 감소될 수 있다. 불행하게도, 사전혼합은 고정하기 곤란한 불안정한 화염을 야기시킬 수 있으며, 오늘날 최선의 사전혼합된 시스템은 NOx 배기 목표에 도달하지 못할 수 있다. 다른 접근 방법은 암모니아 분사를 통해 NOx의 선택 촉매 환원(selective catalytic reduction : SCR)이다. 불행하게도, SCR 접근 방법은 상대적으로 고가이다.

따라서, 개선된 기술은 가스 터빈 연소기로부터의 NOx 배기와 같은 오염물질 배기를 감소시킬 필요가 있다.

본래 청구된 본 발명의 영역에 상응하는 특정 실시형태를 후술한다. 이들 실시형태는 단지 본 발명이 취할 수 있는 특정 형태의 간단한 요약을 당업자들에게 제공하기 위한 것이며, 이들 실시형태는 본 발명의 영역을 제한하는 것으로 의도되는 것이 아니다. 또한, 본 발명은 후술하지 않을 수 있는 다양한 실시형태를 포함할 것이다.

특정 실시예에 따르면, 시스템은 역류 분사 메카니즘을 포함한다. 역류 분사 메카니즘은 연료 및 공기 분사 개구로 유도되는 연료 및 공기 통로를 포함하는 연료 공기 분사 메카니즘을 구비하며, 연료 및 공기 분사 개구는 가스 터빈 연소기의 대체로 종향의 유동 축에 대해서 편심 위치에 대체로 역류 방향으로 배치되어 있다.

다른 실시예에 따르면, 시스템은 연소 라이너를 구비한 가스 터빈 연소기를 포함한다. 연소 라이너는 압축된 공기 입구를 구비하는 외부 케이싱, 연소 출구를 구비하는 내부 케이싱, 내부 및 외부 케이싱 사이에 그리고 이들을 따라 연장되는 공기 순환 경로, 및 정체 존으로부터 연소 출구까지 연장되는 대체로 종방향 유동 축을 포함한다. 또한, 가스 터빈 연소기는 대체로 종방향 유동 축에 대해서 대체로 편심 역류 구성으로 정체 존으로부터 하류에서 연소 라이너에 배치된 역류 분사 메카니즘을 포함한다. 역류 분사 메카니즘은 연소 라이너를 통해 다수의 연료 분사 개구로 연장되는 하나 또는 그 이상의 연료 통로와, 공기 순환 경로로부터 다수의 공기 분사 개구까지 내부 케이싱을 통해 연장되는 하나 또는 그 이상의 공기 통로를 포함한다.

다른 실시예에 따르면, 방법은 가스 터빈 연소기의 대체로 종방향 유동 축에 대해서 편심 위치에 대체로 역류 방향으로 연료 및 공기를 분사하는 단계를 포함한다.

상술한 특징의 다양한 교정은 본 발명의 다양한 형태에 관한 존재한다. 다른 특징이 또한 이들 다양한 형태에 합체될 수 있다. 이들 교정 및 추가 특징은 개별적으로 또는 모든 조합으로 존재할 수 있다. 예를 들면, 도시된 실시예중 하나 또는 그 이상과 관련된 후술하는 다양한 특징은 단독으로 또는 모든 조합으로 본 발명의 상술한 형태중 모든 형태에 합체될 수 있다. 다시, 상술한 간단한 요약은 청구된 요지를 제한함이 없이 본 발명의 특정 형태 및 내용을 당업자에게 단지 알려주기 위한 것이다.

본 발명의 이들 및 다른 특징, 양상 및 장점은, 유사한 참조부호는 도면을 통해 유사한 부품을 나타내는 첨부 도면을 참조하여 하기의 상세한 설명을 읽을 경우 보다 잘 이해될 것이다.

본 발명의 하나 또는 그 이상의 특정 실시예를 하기에 설명한다. 이들 실시예의 정밀한 설명을 제공하기 위한 결과에 있어서, 실제 수행의 모든 특징은 명세서에 개시되지 않을 수도 있다. 모든 이러한 실제의 수행의 개발에 있어서, 모든 엔지니어 또는 디자인 프로젝트에 있어서, 수많은 수행-특정 결정이 이뤄져서, 하나의 수행에서 다른 수행으로 변화될 수 있는 시스템-관련 및 사업 관련 압박에 유연하게 대처하는 것과 같은 개발자의 특정 목표를 달성한 것을 이해해야 한다. 또한, 이러한 개발 노력은 복잡하고 시간을 소비할 수 있지만, 그럼에도 불구하고 이러한 설명의 장점을 가진 당업자들은 디자인, 제조 및 제조의 루틴한 사업일 것이다.

도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따른 응용부(14)에 결합된 가스 터빈 엔진(12)을 포함하는 예시적인 시스템(10)의 블록도이다. 특정 실시예에 있어서, 시스템(10)은 항공기, 선박, 기관차, 동력 발생 시스템 또는 이들의 조합체를 포함할 수 있다. 따라서, 응용부(14)는 발전기, 프로펠러 또는 이들의 조합체를 포함할 수 있다. 도시된 가스 터빈 엔진(12)은 공기 흡입 섹션(16), 압축기(18), 연소기 섹션(20), 터빈(22) 및 배기 섹션(24)을 포함한다. 터빈(22)은 샤프트(26)를 거쳐서 압축기(18)에 구동식으로 결합되어 있다. 이하에 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 연소기 섹션(20)의 개시된 실시예는 연소기 섹션내에서 연료, 공기 및 고온 연소 생성물의 혼합을 용이하게 하는 다양한 역류 연료-공기 분사 메카니즘을 포함한다. 보다 상세하게, 개시된 역류 연료-공기 분사 메카니즘은 가스 터빈 엔진(12), 특히 연소기 섹션(20)을 통해서 일반적인 흐름에 대체로 저항하거나 또는 반대인 하나 또는 그 이상의 방향에서 연료 및 공기 양자를 분사한다.

화살표로 도시된 바와 같이, 공기는 흡입 섹션(16)을 통해서 연소기 섹션(20)내로 유입되기 전에 공기를 압축시키는 압축기(18)내로 유동한다. 도시된 연소기 섹션(20)은 압축기(18)와 터빈(22) 사이의 샤프트(26)를 중심으로 동심으로 또는 환형으로 배치된 연소기 하우징(28)을 포함한다. 연소기 하우징(28) 내측의 연소기 섹션(20)은 샤프트(26)를 중심으로 원형 또는 환형 구성으로 다중 반경방향 위치에 배치된 다수의 연소기(30)를 포함한다. 이후에 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 압축기(18)로부터의 압축된 공기는 각 연소기(30)에 유입되며, 다음에 각 연소기(30)내의 연료와 혼합 및 연소되어 터빈(22)을 구동시킨다.

특정 실시예에 있어서, 연소기(30)는 다중-스테이지 연소기로서 구성될 수 있으며, 연료 분사기는 각 연소기(30)의 길이를 따라서 상이한 스테이지에 위치되어 있다. 선택적으로, 연소기(30)는 단일 스테이지 연소기로서 구성될 수 있으며, 연료 분사기는 연소의 단일 스테이지 또는 존으로 배치된다. 하기의 설명에서, 연소기(30)는 단일 스테이지 연소기로서 개시되어 있지만, 개시된 실시예는 본 발명 의 영역내에서 단일 스테이지 또는 다중 스테이지 연소기를 이용할 수도 있다.

연소기(30)의 개시된 실시예는 연소기(30)를 통한 흐름에 대체로 저항하는 하나 또는 그 이상의 방향으로 공기 및 연료를 배향하는 다양한 역류 연료-공기 분사 메카니즘을 포함한다. 예를 들면, 역류 연료-공기 분사 메카니즘은 다수의 종방향 배향 연료-공기 분사기, 횡방향-배향 연료-공기 분사기, 또는 종방향 및 횡방향 부분 양자를 구비하는 각을 이룬 연료-공기 분사기를 포함할 수 있다. 종방향-배향 연료-공기 분사기는 대체로 연소기(30)를 따라 종방향으로 정렬되어 있는 반면에, 횡방향-배향 연료-공기 분사기는 일반적으로 연소기(30)를 따른 종방향 유동 또는 축에 대해서 횡방향, 횡단방향 또는 반경방향으로 정렬될 수 있다. 일반적으로 예각방향은 종방향 및 횡방향 부분을 일반적으로 포함하거나, 종방향 및 횡방향 부분으로 분류될 수도 있다. 이들 종방향, 횡방향 및 예각방향은 각각 역류 방향으로서 규정될 수 있다.

이후에 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 역류 연료-공기 분사 메카니즘은 연소기(30)의 대향 단부를 향해 이들 역류 방향에서 터빈(22)으로부터 연료 및 공기를 멀리 분사하며, 그 결과 연료 및 공기는 정체 존에서 혼합 및 연소된다. 연소기(30)의 대향 단부에서 정체 존은 연소기(30)내에서의 화염의 안정성 및 고정성을 일반적으로 증가시킨다. 다음에, 고온 연소 생성물은 역류 연료-공기 분사 메카니즘을 통과하여 터빈(22)을 향해 역으로 이동한다. 다시, 역류 연료-공기 분사 메카니즘은 고온 연소 생성물과 연료 및 공기의 혼합을 용이하게 한다. 다음에, 고온 연소 생성물은 터빈(22)으로 유도되는 노즐(32)을 통해 통과한다. 이들 고온 연소 생성물은 터빈(22)을 구동시키며, 이에 의해 압축기(18)와, 샤프트(26)를 거쳐서 응용부(14)의 로드(34)를 구동시킨다. 다음에, 고온 연소 생성물은 배기 섹션(24)을 통해 배기된다.

도 2는 도 1에 도시된 바와 같은 연소기(30)의 예시적인 실시예의 종방향 개략도로서, 연소기(30)는 본 발명의 특정 실시예에 따라 연소 라이너(54)의 내주연 둘레에서 상이한 반경방향 위치에 배치된 다수의 연료-공기 분사 로브(52)를 포함하는 역류 분사 메카니즘(50)을 포함한다. 도시된 연소 라이너(54)는 천공된 외부 케이싱(58)에 의해 둘러싸인 중실 내부 케이싱(56)을 포함한다. 즉, 연소 라이너(54)는 내부 케이싱(56)과 외부 케이싱(58) 사이에 대체로 연속적인 갭을 구비하는 중공 벽 구조를 갖고 있다. 연소 라이너(54)는 세라믹, 서밋 또는 다른 적당한 재료를 포함한다. 일반적으로, 연료-공기 분사 로브(52)는 중실 내부 케이싱(56)과 함께 형성되거나, 중실 내부 케이싱(56)과 결합되어 있다. 도시된 실시예에 있어서, 연료-공기 분사 로브(52)는 연소기(30)를 따라 중앙 종방향 축(62)에 대해서 하나의 종방향 위치(60)에 있어서 중실 내부 케이싱(56) 둘레의 다중 반경방향 위치에 배치되어 있다. 따라서, 도시된 연소기(30)는 단일 스테이지 연소기로서 구성되어 있다. 그러나, 연소기(30)의 다른 실시예는 축(62)에 대해서 다중 종방향 위치에 배치된 연료-공기 분사 로브(52)를 구비할 수 있다.

도시된 역류 분사 메카니즘(50)은 공기 분사 조립체(66)에 인접하여 배치된 연료 분사 조립체(64)를 포함한다. 특정 실시예에 있어서, 연료 및 공기 분사 조립체(64, 66)는 서로 근접 배치되어 있다. 연료 분사 조립체(64)는 길다란 분사기 팁(70)을 구비하는 다수의 연료 분사기(68)를 포함한다. 공기 분사 조립체(66)는 중실 내부 케이싱(56)의 내부 원주를 중심으로 다양한 반경방향 위치에 배치된 다수의 예가 공기 통로(72)를 포함한다. 특정 실시예에 있어서, 길다란 분사기 팁(70)은 공기 통로(72)에 근접하여 배치될 수 있다. 예를 들면, 도 2의 도시된 실시예에 있어서, 길다란 분사기 팁(70)은 공기 통로(72)와 대체로 동축 또는 동심이다. 길다란 분사기 팁(70) 및 공기 통로(72) 양자는 중실 내부 케이싱(56)의 내부 원주 둘레의 다중 반경방향 위치에서 로브 구조체(74)를 통해 연장된다. 즉, 연료 공기 분사 로브(52)의 각각은 로브 구조체(74)중 하나에 배치된 길다란 분사기 팁(70)중 하나 그리고 공기 통로(72)중 하나를 포함한다. 도시된 바와 같이, 로브 구조체(74)는 위치(60)의 대향 종방향 측에 돌출 부분(76) 및 오목 부분(78)을 포함한다. 특정 실시예에 있어서, 로브 구조체(74)는 각각 대체로 원형 또는 환형 구성(예를 들면 도넛형 형상)을 가지며, 그 외형 형상은 돌출 부분(76)과 오목 부분(78) 사이에서 점진적으로 변화한다.

도 2의 도시된 실시예에 있어서, 각 연료-공기 분사 로브(52)의 길다란 분사기 팁(70) 및 공기 통로(72)는 도 1을 참조하여 상술한 바와 같이 가스 터빈 엔진(12)을 통한 일반적인 유동(80)에 대해서 대체로 대향 또는 역류 방향으로 배향되어 있다. 예를 들면, 길다란 분사기 팁(70) 및 공기 통로(72)는 연소기(30)의 축(62)에 대해서 각 각도(82, 84)로 배치될 수 있다. 각도(82, 84)는 실질적으로 동일하거나, 서로 상이할 수도 있다. 또한, 각도(82, 84)는 연소 라이너(54)의 길이 및 다른 인자에 따라 좌우되며 0도와 90도 사이에서 변화될 수 있다. 예를 들 면, 각도(82, 84)는 축(62) 또는 중실 내부 케이싱(56)의 내부 표면에 대해서 약 5도, 10도, 15도, 20도, 25도, 30도, 35도, 40도, 45도, 50도, 55도, 60도, 65도, 70도, 75도, 80도 또는 85도일 수 있다. 더욱이, 연료-공기 분사 로브(52)의 길다란 분사기 팁(70) 및 공기 통로(72)는 중실 내부 케이싱(56)의 폐쇄된 후방 부분(88)내에서 정체 존(86)을 향해 대체로 수렴하는 방법으로 배향될 수 있다. 일반적으로, 정체 존(86)은 연소기(30)의 폐쇄된 후방 부분(88) 근방에서 화염의 안정성 및 고정성을 개선한다.

작동시에, 도 2에 도시된 바와 같은 연소기(30)는 화살표(92)로 표시된 바와 같이 천공된 외부 케이싱(58)내의 개구(90)를 통해 압축기(18)로부터의 압축된 공기를 수용한다. 천공된 외부 케이싱(58)을 통해 연소 라이너(54)에 유입할 때에, 압축된 공기는 중실 내부 케이싱(56)과 천공된 외부 케이싱(58) 사이의 환형 공간내에 잔류한다. 즉, 연소 라이너(54)는 내부 케이싱(56)과 외부 케이싱(58)에 의해 규정된 중공 환형 또는 캔형상 벽과 같은 중공 벽을 갖고 있다. 바람직하게, 연소 라이너(54)는 화살표(94)로 표시된 바와 같이 압축된 공기를 다수의 연료-공기 분사 로브(52)를 향해 중실 내부 케이싱(56)을 따라 유동하도록 한다. 이러한 방법에서, 공기 유동(94)은 공기 통로(72)를 거쳐서 연소기(30)의 내부내로 분사되기 전에 중실 내부 케이싱(56)의 냉각을 용이하게 한다.

연료-공기 분사 로브(52)에 있어서, 길다란 분사기 팁(70)은 공기 통로(72)로부터의 공기 유동(98)과 동반되는 연료 유동(96)을 분사한다. 도시된 실시예에 있어서, 연료 및 공기 유동(96, 98)은 서로에 대해서 동축이거나 동심이다. 특히, 공기 유동(98)은 공기 통로(72)내에서 길다란 연소기 팁(70)의 동심 또는 동축 구성의 결과로서 연료 유동(96)을 중심으로 동심으로 배치되어 있다. 다시, 길다란 분사기 팁(70) 및 공기 통로(72)는 각 각도(82, 84)로 배치되며, 이에 의해 축(62) 및 정체 존(86)을 향해 수렴하는 방법으로 연료 및 공기 유동(96, 98)이 각도(82, 84)에서 적어도 최초에 이동되게 한다. 따라서, 연료-공기 분사 로브(52)와 결과적인 유동(96, 98)의 동축 또는 동심 구성은 사전혼합보다는 연소기(30)내에서 연료-공기 혼합을 용이하게 한다. 또한, 연료-공기 분사 로브(52)의 수렴 관계는 유동/혼합 화살표(100)로 표시된 바와 같이 정체 존(86)내에서의 연료 및 공기의 혼합을 용이하게 한다. 도시된 바와 같이, 유동(100)은 축(62)을 향해 내측으로 그리고 중실 내부 케이싱(56)의 벽을 향해 외측으로 유동하는 U자형 유동을 포함한다. 즉, 유동(100)이 폐쇄된 후방 부분(88)을 향해 연료-공기 분사 로브(52)로부터 역류 방향으로 이동할 때, 유동(100)은 일반적으로 축(62)과, 중실 내부 케이싱(56)의 벽 양자를 향해 U자형 방법으로 역류된다. 유사한 유동 패턴은 후술하는 다른 실시예에 따라 이뤄질 수 있다. 연료-공기 혼합 유동(100)은 폐쇄된 후방 부분(88)의 근방에서 정체 존(86)에서 연소되어, 화염을 바람직하게 보유 또는 고정하여 연소기(30)내에서의 화염 안정성을 개선한다.

따라서, 고온 연소 생성물은 화살표(102)로 표시된 바와 같이 정체 존(86)으로부터 연소기(30)에 따라 노즐(32)을 향해 종방향으로 이동한다. 따라서, 고온 연소 생성물(102)은 가스 터빈 엔진(12)을 통한 유동의 동일 일반적인 방향(80)으로 유동하는 반면에, 연료-공기 분사 로브(52)로부터 분사된 연료 및 공기 유 동(96, 98)은 일반적으로 역류이다. 다시, 역류는 정체 본(86)을 향한 종방향이나, 축(62) 또는 중실 내부 케이싱(56)에 대한 횡방향이나, 종방향 및 횡방향 부분을 가진 예각 방향이나, 이들의 조합 방향으로 배향될 수 있다. 이러한 방법에서, 역류 분사 메카니즘(50)은 연소기(30)내의 고온 연소 생성물과 함께 연료 및 공기의 혼합을 개선하며, 이에 의해 연소를 개선하고, 연소기(30)로부터의 오염물질 배기(예를 들면 NOx 배기)를 감소시킨다. 또한, 로브 구조체(74)는 중실 내부 케이싱(56)의 내부 원주에 대해서 길다란 분사기 팁(70) 및 공기 통로(72)를 약간 오프셋시키며, 이에 의해 연료 및 공기 유동(96, 98)의 분사를 내부 원주로부터 약간 멀리 위치시켜서 연료, 공기 및 고온 연소 생성물의 혼합을 개선한다.

도 3은 도 2에 도시된 바와 같은 연소기(30)의 실시예의 횡방향 개략도이며, 본 발명의 특정 실시예에 따라 중실 내부 케이싱(56)을 중심으로 다중 반경방향 위치(110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124)에서 역류 분사 메카니즘(50)의 연료-공기 분사 로브(52)의 반경방향 구성을 더 도시하는 것이다. 도 2를 참조하여 상술한 바와 같이, 다수의 연료-공기 분사 로브(52)의 연료 및 공기 유동(96, 98)은 정체 존(86)내에서 축(62)을 향해 대체로 수렴한다. 특정 실시예에 있어서, 연료 및 공기 유동(96, 98)은 점선(110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124)으로 표시된 바와 같이 축(62)의 중심에서 대체로 수렴할 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 연료-공기 분사 로브(52)는 축(62)을 향해 수렴하는 방식으로 정체 존(86)을 향해 배향될 수 있는 반면에, 화살표(126)로 표시된 바와 같이 축(62)에 대해서 중심에서 적어도 약간 오프셋되어 있다. 연료-공기 분사 로 브(52)의 이러한 중심에서 오프셋된 수렴 방향의 결과로서, 연료 및 공기 유동(96, 98)은 점선 화살표(128)로 표시된 바와 같이 소용돌이 유동을 생성할 수 있다. 양 구성에 있어서, 연료-공기 분사 로브(52) 사이에서의 수렴 관계는 정체 존(86)내의 연료 및 공기 혼합(그리고 또한 고온 연소 생성물과의 혼합)을 용이하게 한다. 그러나, 정체 존(86)내의 소용돌이 유동(128)을 추가함으로써 연소기(30)내의 연료-공기 혼합 및 연소를 더욱 개선할 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 연료-공기 분사 로브(52)는 모두 시계방향 소용돌이 유동 또는 반시계방향 소용돌이 유동을 생성하도록 배향될 수도 있다. 선택적으로, 연료-공기 분사 로브(52)는 시계방향 및 반시계방향 소용돌이 유동 양자를 생성하도록 엇갈려 있을 수도 있다. 예를 들면, 홀수 연료-공기 분사 로브(52)(예를 들면 반경방향 위치(110, 114, 118, 122)에서)는 시계방향 소용돌이 유동을 생성하도록 배향될 수 있는 반면에, 짝수 연료-공기 분사 로브(52)(예를 들면 반경방향 위치(112, 116, 120, 124)에서)는 반시계방향 소용돌이 유동을 생성하도록 배향될 수 있다. 다시, 도시된 연소기(30)의 특정 실시예는 상술한 바와 같이 다중-스테이지 연소기(30)에서와 같이 축(62)을 따라 다중 종방향 위치에서 도 3에 도시된 바와 같이 연료-공기 분사 로브(52)의 환형 어레이를 포함할 수도 있다.

도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 연소기(30)의 변형 실시예의 종방향 개략도이며, 역류 분사 메카니즘(50)은 본 발명의 특정 실시예에 따라 동일평면 연료-공기 분사 영역(140)의 반경방향 어레이 또는 구성을 포함한다. 도시된 바와 같이, 연료 및 공기 분사 조립체(64, 68)의 길다란 분사기 팁(70) 및 공기 통로(72)는 연소 라이너(54)의 중실 내부 케이싱(56)과 실질적으로 동일평면인 위치로 연장되어 있다. 즉, 길다란 분사기 팁(70) 및 공기 통로(72)는 중실 내부 케이싱(56)의 내부 표면(142)으로부터 대체로 오목하지만, 내부 케이싱(56)은 길다란 분사기 팁(70) 및 공기 통로(72)의 근방으로 돌출되지 않는다. 따라서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 연료-공기 분사 로브(52)와 반대로, 도 4에 도시된 바와 같이 동일평면 연료-공기 분사 영역(140)의 반경방향 어레이는 중실 내부 케이싱(56)을 지나서 연소기(30)의 내부내로 돌출하지 않는다. 그러나, 특정 실시예에 있어서, 길다란 분사기 팁(70)은 중실 내부 케이싱(56)의 내부 표면(142)으로부터 부분적으로 돌출되도록 배향될 수 있다. 선택적으로, 길다란 분사기 팁(70)은 도 12를 참조하여 하기에 더 상세하게 도시 및 설명하는 바와 같이 공기 통로(72)내로 후퇴될 수도 있다. 다시, 도 4에 도시된 바와 같이 역류 분사 메카니즘(50)은 가스 터빈 엔진(12)을 통해 일반적인 유동(80)에 대항하는 정체 존(86)을 향해 대체로 수렴하는 방법으로 연료 및 공기 유동(96, 98)을 배향하도록 구성되어 있다. 따라서, 고온 연소 생성물은, 정체 존(86)으로부터 동일평면 연료-공기 분사 영역(140)의 반경방향 어레이를 지나서 노즐(32)을 통해 연소기(30)를 빠져나가도록 이동한다.

도 5는 도 1에 도시된 바와 같은 연소기(30)의 다른 변형 실시예의 종방향 개략도이며, 연소기(30)는 본 발명의 특정 실시예에 따라 중실 내부 케이싱(56)의 내부를 따라 배치된 내측으로 캔틸레버된 연료-공기 분사 부재(152)의 반경방향 어레이를 구비하는 역류 분사 메카니즘(150)을 포함한다. 도시된 실시예에 있어서, 연료-공기 분사 부재(152)는 연소기(30)의 중앙 종방향 축(62)을 향하지만 이 축(62)에 도달하지 않도록 연소 라이너(54)의 중실 내부 케이싱(56)으로부터 내측으로 돌출된다. 즉, 연료-공기 분사 부재(152)는 캔틸레버되어 있고, 축(62)으로부터 중심에서 오프셋되어 있다.

도시된 연료-공기 분사 부재(152)는 정체 존(86)을 향한 에지(158)를 따라 배치된 동축 연료-공기 포트(156, 157)를 구비한 공동-유동체(154)를 구비한다. 도시된 실시예에 있어서, 동축 연료-공기 포트(156)는 축(62)에 대체로 평행한 3개의 포트(156)를 포함하는 반면에, 동축 연료 공기 포트(157)는 정체 존(86)을 향해 역류 방향에서 축(62)을 향해(또는 축에 수렴하는) 내측으로 각을 이룬 단일 포트(157)를 포함한다. 변형 실시예에 있어서, 연료-공기 포트(156, 157)는 공동-유동체(156)를 따라 필요한 간격으로 배치된 모든 다른 개수 또는 배치의 포트를 포함할 수 있다. 동축 연료-공기 포트(156)는 연소 라이너(54)의 중실 내부 케이싱(56)과 천공된 외부 케이싱(58) 사이의 공간으로 연장되는 연료 펌프 또는 분사기(160) 및 공기 통로(162)에 연결된다.

따라서, 연료-공기 분사 부재(152)는 화살표(164, 165)로 표시된 바와 같이 정체 존(86)을 향해 대체로 종방향에서 동축 연료-공기 포트(156, 157)로부터 연소기(30)내로 연료 및 공기의 공동-유동을 분사하는 공동-유동체(154)를 통해 연료 및 공기 양자를 수용한다. 도시된 실시예에 있어서, 연료 및 공기의 종방향 유동(164)은 연소기(40)의 축(62)과 대체로 평행한 반면에, 유동(165)은 축(62)을 향해 대체로 수렴한다. 그러나, 다른 실시예에 있어서, 동축 연료-공기 포트(156)는 축(62)에 대해서 대체로 수렴하는 또는 발산하는 각도로 배향될 수도 있다. 더욱이, 동축 연료-공기 포트(156, 157)는 축(62)을 중심으로 대체로 시계방향 또는 반시계방향으로 배향될 수 있으며, 이에 의해 소용돌이 유동이 도 3을 참조하여 상술한 바와 같이 연소기(30)내에서 생성될 수도 있다.

작동시에, 도 2의 실시예와 유사하게, 연소기(30)는 화살표(92, 94)로 도시된 바와 같이 역류 분사 메카니즘(150)을 향해 천공된 외부 케이싱(58)을 통해 그리고 중실 내부 케이싱(56)을 따라 압축된 공기를 수용한다. 역류 분사 메카니즘(150)에 도달할 시에, 압축된 공기는 공동-유동체(154)내로 공기 통로(162)를 통해 유입되며, 연료는 연료 펌프 또는 분사기(160)로부터 수용된다. 다음에, 연료-공기 분사 부재(152)는 화살표(164, 165)로 표시된 바와 같이 포트(156, 157)로부터 중실 내부 케이싱(56)의 내부내로 연료 및 공기 양자의 공동-유동을 분사한다. 다시, 이들 공동 유동(164, 165)은 축(162)으로부터 오프셋된 다중 주변-반경방향 위치에 배치되어 있다. 또한, 공동-유동(164, 165)은 가스 터빈 엔진(12)을 통해 일반적인 유동(80)에 대해서 대체로 대향 또는 역류 방향에서 정체 존(86)을 향해 배향되어 있다. 이러한 방법에서, 연료-공기 공동-유동(164, 165)은 연료-공기 혼합을 용이하게 하며, 이에 의해 연소기(40)에서의 연소를 개선하고 오염물질 배기를 감소시킨다. 정체 존(86)에 있어서, 연료-공기 혼합물(100)은 연소되고, 다음에 고온 연소 생성물은 역류 분사 메카니즘(150)을 지나서 화살표(102)로 표시된 바와 같이 노즐(32)상으로 이동된다. 다시, 연료 공기 공동-유동(164, 165)은 고온 연소 생성물의 유동(102)에 대해서 대체로 역류한다. 따라서, 이러한 역류는 상술한 바와 같이 연소기(30)내에서 고온 연소 생성물과 함께 연료-공기혼합을 더욱 개선한다.

도 6은 도 5에 도시된 바와 같은 연소기(30)의 횡방향 개략도이며, 본 발명의 특정 실시예에 따라 역류 분사 메카니즘(150)의 내측으로 캔틸레버된 연료-공기 분사 부재(152)의 반경방향 어레이를 더 도시한 것이다. 도 6의 실시예는 도 5의 실시예와 약간 상이하다. 상세하게, 포트(156)의 개수는 3개가 아닌 4개이며, 공동-유동체(154)의 길이는 도 5의 실시예에서 보다 상대적으로 짧다. 그러나, 포트(156, 157)의 개수는 특정 연소기(30)에 대해서 필요한 대로 증가 또는 감소될 수 있다. 또한, 유동체(154)의 길이는 축(62)에 보다 근접하게 연장되도록 증가될 수 있다. 또한, 포트(156, 157)는 각각 축(62)을 향해 내측으로 각을 이루로 있다.

도시된 실시예에 있어서, 연료-공기 분사 부재(152)는 점선(166, 168, 170, 172, 174, 76, 178, 180)으로 표시된 바와 같이 중실 내부 케이싱(56)의 내부 원주 또는 주변을 중심으로 다중 반경방향 위치에 배치되어 있다. 또한, 연료-공기 분사 부재(152)는 축(62)과 대체로 정렬되거나 중심에 배치된다. 그러나, 내측으로 캔틸레버된 연료-공기 분사 부재(152)의 내부 또는 자유 단부는 화살표(182)로 표시된 바와 같이 축(62)으로부터 대체로 오프셋되거나 중심에서 오프되어 있다. 특정 실시예에 있어서, 연료-공기 분사 부재(152)는 축(62)에 대해서 각을 이루고 있으며, 이에 의해 정체 존(86)내의 하류에서 반시계방향 또는 시계방향 소용돌이 유동을 생성한다. 예를 들면, 연료-공기 분사 부재(152)는 실질적으로 수직이 아니라 중실 내부 케이싱(56)의 내부 표면에 대해서 예각일 수 있다. 도시된 실시예에 있어서, 역류 분사 메카니즘(150)은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 주변-반경방향 구성에서 8개의 연료-공기 분사 부재(152)를 포함한다. 그러나, 역류 분사 메카니즘(150)의 다른 실시예는 다른 적당한 개수의 연료-공기 분사 부재(152)를 포함할 수 있다.

도 7은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 연료-공기 분사 부재(152)의 예시적인 실시예의 단면도로서, 본 발명의 특정 실시예에 따른 공동-유동체(154)의 내부내의 공동-유동 통로를 더 도시하는 것이다. 도시된 바와 같이, 공동-유동체(154)는 대체로 공기역학 외형 또는 에어포일 구조를 갖고 있다. 또한, 공동-유동체(154)는 공동-유동체(154)의 종방향 축(예를 들면 도면에서 수직)에 대해서 종방향 또는 공동 연료 공급 통로(186)로부터 연장되는 다수의 측방향 연료 분사 통로(184)를 포함한다. 이들 통로(184, 186)는 상부 및 하부 지지 부재(188, 190)와, 통로(184)를 구비한 하나 또는 그 이상의 측방향 지지 구조체(192)에 의해 일반적으로 지지되어 있다. 공동-유동체(154)는 또한 하나 또는 그 이상의 공기 통로(194, 196, 198)를 포함한다. 도시된 연료 분사 통로(184) 및 공기 통로(194, 196, 198)는 상술한 바와 같이 에지(158)를 따라 동축 연료-공기 포트(156, 157)를 향해 유도된다. 특히, 도 7에 도시된 바와 같이, 동축 연료-공기 포트(156, 157)는 측방향 연료 분사 통로(184)로부터의 중심 연료 포트(200)와, 공기 통로(194, 196, 198)로부터의 동심 또는 환형 공기 포트(202)를 포함한다. 따라서, 작동시에, 연료는 화살표(204)로 표시된 바와 같이 연료-공기 분사 부재(152)를 통해 유 동하는 반면에, 공기는 화살표(206)로 표시된 바와 같이 연료-공기 분사 부재(152)를 통해 유동한다.

도 8 내지 도 10은 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같은 연소기(30)의 변형 실시예를 도시하는 것이며, 내측으로 캔틸레버된 연료-공기 분사 부재(152)의 반경방향 어레이는 본 발명의 특정 실시예에 따라 공동-유동체(154)의 상부 및 바닥 측면을 따라 추가의 동축 연료-공기 포트(210, 211)를 포함한다. 도 8을 먼저 참조하면, 이러한 도 8은 연소기(30)의 종방향 개략도이며, 에지(158)를 따라 일련의 동축 연료-공기 포트(156, 157) 그리고 공동-유동체(154)의 면을 따라 일련의 동축 연료-공기 포트(210, 211)를 도시한 것이다. 도 5를 참조하여 상술한 바와 같이, 동축 연료-공기 포트(156)는 연소기(30)의 축(62)에 대해서 대체로 종방향으로 배향되어 있으며, 이에 의해 화살표(164)로 표시된 바와 같이 연료 및 공기의 동축 유동을 생성한다. 다시, 이들 동축 유동(164)은 축(62)과 평행하거나, 축(62)에 대해 수렴하거나 또는 축(62)에 대해서 발산하도록 대체로 정렬될 수도 있다. 그러나, 이들 동축 유동(164)은 정체 존(86)을 향해 연소기(30)를 향해 일반적으로 종방향으로 배향된다. 유사하게, 동축 연료-공기 포트(157)(및 유동(165))는 정체 존(86)을 향해 연소기(30)의 길이를 따라 배향되어 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 동축 연료-공기 포트(157)(및 유동(165))는 정체 존(86)을 향해 역류 방향에서 축(62)을 향해 일반적으로 수렴한다.

반대로, 동축 연료-공기 포트(210)는 축(62)에 대해 일정 거리에서 횡방향으로 배향되어 있다. 즉, 동축 연료-공기 포트(210)는 도 8의 도면에서 대체로 수직 으로의 유동을 생성하도록 배향되어 있다. 또한, 동축 연료-공기 포트(211)는 축(62)에 대해서 시계방향으로 배향되어 있다. 그러나, 동축 연료-공기 포트(210)와 반대로, 동축 연료-공기 포트(211)는 화살표(167)로 표시된 바와 같이 축(62)을 향해 직접 수렴하는 방식으로 반경방향 내향으로 배향되어 있다. 즉, 동축 연료-공기 포트(211)는 휠의 스포크 또는 태양의 광선과 유사하게 모두 직선으로 축(62)을 향해 있다. 이러한 방법에서, 연료-공기 분사 부재(152)는 종방향 및 횡방향 유동 양자를 생성하여, 연소기(30)내의 연료 및 공기 혼합을 용이하게 한다.

도 9는 도 8에 도시된 바와 같은 연소기(30)의 횡방향 개략도이며, 본 발명의 특정 실시예에 따른 공동-유동체(154)의 대향 면(212, 218)상에 배치된 동축 연료-공기 포트(210)로부터 연료 및 공기의 횡방향 유동(214, 216)을 더 도시한 것이다. 다시, 도 9의 실시예는 도 8의 실시예와 약간 상이하다. 특히, 포트(156, 210)의 개수는 3개가 아닌 4개이며, 공동-유동체(154)의 길이는 도 8의 실시예에서보다 상대적으로 짧다. 그러나, 포트(156, 157, 210, 211)의 개수는 특정 연소기(30)를 위해 필요에 따라 증가 또는 감소될 수도 있다. 또한, 유동체(154)의 길이는 축(62)에 보다 근접하여 연장되도록 증가될 수 있다. 또한, 포트(156, 157, 210, 211)는 각각 축(62)을 향해 내측으로 각을 이룰 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 동축 유동(214, 216)은 공동-유동체(154)의 자유 단부로부터 연소 라이너(54)의 중실 내부 케이싱(56)까지 점진적으로 큰 거리로 축(62)으로부터 대체로 오프셋되어 있다. 또한, 공동-유동(214)은 축(62)을 중심으로 시계방향 배향으로 대체로 배향되어 있는 반면에, 공동-유동(216)은 축(62) 둘레의 대체로 반시계방향으로 배향되어 있다. 이러한 방법에서, 공동-유동(214, 216)은 각기 화살표(220, 222)로 표시된 바와 같이 역 회전 또는 소용돌이 유동을 생성할 수 있다. 또한, 동축 유동(165, 167)은 축(62)을 향해 대체로 수렴하며, 그 결과 동축 유동(165, 167)은 동축 유동(214, 216)에 대해서 대체로 횡방향 또는 횡방향이다.

도 10은 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같은 연료-공기 분사 부재(152)의 횡단면도이며, 본 발명의 특정 실시예에 따라 면(212, 218)상에 배치된 동축 연료-공기 포트(210, 211)로 안내되는 내부 통로를 더 도시한 것이다. 다시, 도 7의 실시예와 유사하게, 공동-유동체(154)는 대체로 공기역학 외형 또는 에어포일 구조와, 공동-유동체(154)의 종방향 축(예를 들면 도면에 대해 수직)에 대해서 종방향 또는 공동 연료 공급 통로(186)로부터 연장되는 다수의 횡방향 연료 분사 통로(184)를 구비한다. 또한, 공동-유동체(154)는 하나 또는 그 이상의 공기 통로(194, 196, 198)를 포함한다. 도시된 연료 분사 통로(184) 및 공기 통로(194, 196, 198)는 상술한 바와 같이 에지(158)를 따라 동축 연료-공기 포트(156, 157)를 향해 유도된다. 특히, 도 7에 도시된 바와 같이, 동축 연료-공기 포트(156, 157)는 횡방향 연료 분사 통로(184)로부터의 중앙 연료 포트(200)와, 공기 통로(194, 196, 198)로부터의 동심 또는 환형 공기 포트(202)를 포함한다.

도 7의 실시예의 특징에 추가하여, 도 10의 상부 및 하부 지지 부재(188, 190)는 각각 종방향 또는 공동 연료 공급 통로(186)의 제 2 하나로부터 대향 면(212, 218)상의 연료 분사 포트(234, 236)까지 유도되는 상부 및 하부 연료 분사 통로(230, 232)를 포함한다. 즉, 도시된 실시예는 2개의 독립적인 연료 공급 통로(186)를 포함하며, 포트(156, 157)는 포트(210, 211)와 독립적으로 연료가 공급된다. 변형 실시예에 있어서, 단일 연료 공급 통로(186)는 모든 포트(156, 157, 210, 211)에 대해서 사용될 수도 있다. 다른 변형 실시예에 있어서, 각 세트의 포트(156, 157, 210, 211)에 대해서 독립적인 연료 공급 통로(186)가 사용될 수도 있다. 또한, 동축 연료-공기 포트(210, 211)는 각기 연료 분사 포트(234, 236)를 중심으로 동심으로 또는 환형으로 배치된 공기 분사 포트(238, 240)를 포함한다. 따라서, 작동시에, 연료 및 공기는 화살표(204, 206)로 표시된 바와 같이 연료-공기분사 부재(152)를 통해 유동한다.

도 11은 도 5에 도시된 바와 같이 연소기(30)의 다른 실시예의 종방향 개략도이며, 역류 분사 메카니즘(150)은 본 발명의 특정 실시예에 따라 노즐(32)에, 또는 노즐(32)에 근접하여, 또는 노즐(32) 내측에 배치된 단일의 내측으로 캔틸레버된 연료-공기 분사 부재(152)를 구비한다. 도시된 바와 같이, 단일의 캔틸레버된 연료-공기 분사 메카니즘(152)의 공동-유동체(154)는 중실 내부 케이싱(56)의 하나의 측면으로부터 돌출되고, 노즐(32)의 직경의 상당한 부분을 가로질러 연장된다. 따라서, 이러한 실시예에 있어서, 공동-유동체(154)는 노즐(32)에서 연소기(30)의 중앙 종방향 축(62)을 가로질러 연장된다. 동축 연료-공기 포트(156)는 축(62)의 측면을 가로질러 배치되며, 이에 의해 연료-공기 분사 부재(152)는 축(62)에 대해서 편심 또는 오프셋 위치에서 연료 및 공기의 동축 유동(164)을 제공한다. 도시된 실시예에 있어서, 동축 연료-공기 포트(156)중 하나는 축(62)을 따라 대체로 정 렬 또는 중심설정되며, 이에 의해 축(62)상에 중심설정된 연료 및 공기의 하나의 동축 유동(164)을 제공한다. 몇몇 실시예에 있어서, 연료-공기 분사 부재(152)는 도 8 내지 도 10의 실시예에 도시된 것과 같은 동축 연료-공기 포트(210)를 더 포함할 수 있다. 또한, 역류 분사 메카니즘(150)이 폐쇄된 단부(88)와 연소기(30)의 노즐(32) 사이의 중간 위치에서 보다는 노즐(32)에 또는 노즐(32) 근방에 배치되어 있기 때문에, 연소기(30)는 도 2, 도 4, 도 5 및 도 8의 실시예와 비교할 때 상대적으로 짧은 길이를 갖고 있다.

도 12 내지 도 15는 도 2 내지 도 11을 참조하여 상술한 바와 같이 연료-공기 분사 로브(52), 동일평면 연료-공기 분사 영역(140) 및 내측으로 캔틸레버된 연료-공기 분사 부재(152)와 같은 연료-공기 분사 메카니즘에 대한 다양한 변형 실시예를 도시하는 개략도이다. 도 12의 실시예를 먼저 참조하면, 이러한 도 12는 본 발명의 특정 실시예에 따른 동축 연료-연료 분사 메카니즘(260)을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 동축 연료-공기 분사 메카니즘(260)은 축(264)에 따른 중앙 연료 통로(262)와, 중앙 연료 통로(262)를 중심으로 동심으로 배치된 동심 또는 외부 환형 공기 통로(266)를 포함한다. 도시된 실시예에 있어서, 중앙 연료 통로(262)의 단부(268)는 동심 또는 외부 환형 공기 통로(266)의 단부(272)에 대해서 오프셋 거리(270)에 배치되어 있다. 특히, 중앙 연료 통로(262)의 단부(268)는 동심 또는 외부 환형 공기 통로(266)의 단부(272)에 대해서 오목하게 되어 있다. 그러나, 동축 연료-공기 분사 메카니즘(260)의 다른 실시예에 있어서, 단부(268, 272)는 서로 실질적으로 동일평면일 수 있거나, 중앙 연료 통로(262)의 단부(268)는 동심 또는 외부 환형 공기 통로(266)의 단부(272)로부터 외측으로 돌출할 수도 있다. 작동시에, 동축 연료-공기 분사 메카니즘(260)은 연소기(30)내에서 연료-공기 혼합을 용이하게 하는 환형 공기 유동(276)에 의해 둘러싸인 중앙 연료 유동(274)을 생성한다.

도 13은 본 발명의 특정 실시예에 따른 연료-공기 혼합을 용이하게 하기 위해서 서로 충돌하는 반경방향 및 축방향 유동 양자를 가진 예시적인 반경방향-축방향 연료-공기 분사 메카니즘(280)의 개략도이다. 도시된 실시예에 있어서, 반경방향-축방향 연료-공기 분사 메카니즘(280)은 축(284)에 따른 중앙 연료 통로(282)와, 중앙 연료 통로(282)를 중심으로 배치된 동심 또는 외부 환형 공기 통로(286)를 포함한다. 또한, 중앙 연료 통로(282)는 축(284)에 대해서 대체로 수직인 하나 또는 그 이상의 반경방향 포트(288)를 포함한다. 또한, 중앙 연료 통로(282)는 반경방향 포트(288)로부터 하류의 테이퍼형 섹션 또는 단부(290)를 구비한다. 작동시에, 공기는 화살표(292)로 표시된 바와 같이 축(284)을 따라 축방향에서 중앙 연료 통로(282)를 중심으로 동심 또는 외부 환형 공기 통로(286)를 통해 이동한다. 또한, 연료는 화살표(294)로 표시된 바와 같이 축(284)을 따라 대체로 축방향에서 중앙 연료 통로(282)를 통해 유동한다. 반경방향 포트(288)에 도달할 시에, 연료는 화살표(296)로 표시된 바와 같이 축(284)으로부터 공기 유동(292)내로 반경방향 외측으로 이동한다. 따라서, 공기 및 연료 유동(292, 296)은 연소기(30)내로 분사되기 바로 전에 반경방향-축방향 연료-공기 분사 메카니즘(280)내에서의 연료 및 공기 혼합을 용이하게 하도록 서로 대체로 교차 또는 직교된다. 또한, 반경방향- 축방향 연료-공기 분사 메카니즘(280)은 연료 및 공기를 사전혼합시키기 보다는 연소기(30)내에서 연료-공기 혼합을 용이하게 한다.

도 14는 본 발명의 특정 실시예에 따른 변형 반경방향-축방향 연료-공기 분사 메카니즘(300)의 개략도이다. 도시된 바와 같이, 연료 분사 메카니즘(302)은 중앙 공기 통로(306)의 외부 벽(304)에 결합되어 있다. 도시된 연료 분사 메카니즘(302)은 외부 벽(304)을 통해 연장되는 다수의 반경방향 연료 포트(308)를 포함한다. 작동시에, 공기는 축(312)을 따라 대체로 축방향(310)에서 중앙 공기 통로(306)를 통해 유동한다. 반대로, 연료는 축(312)에 대해서 대체로 반경방향 또는 횡방향(314)에서 반경방향 연료 포트(308)를 통해 유동한다. 이러한 방법에서, 공기 및 연료 유동(310, 314)은 반경방향-축방향 연료-공기 분사 메카니즘(300)내에서 서로 충돌한다. 공기 및 연료 유동(310, 314)의 충돌은 분사 메카니즘(300)내에서의 연료-공기 혼합을 용이하게 한다. 또한, 반경방향-축방향 연료-공기 분사 메카니즘(300)은 연료 및 공기를 사전혼합시키기 보다는 연소기(30)내에서 연료-공기 혼합을 용이하게 한다.

도 15는 본 발명의 특정 실시예에 따른 다른 동축 연료-공기 소용돌이 분사 메카니즘(320)의 개략도이다. 도시된 바와 같이, 소용돌이 분사 메카니즘(320)은 축(324)을 따라 연장되는 중앙 연료 통로(322)와, 중앙 연료 통로(322)를 중심으로 배치된 동심 또는 외부 환형 공기 통로(326)를 포함한다. 또한, 중앙 연료 통로(322)는 연료 출구 또는 포트(330)에 또는 그 근방에 배치된 연료 소용돌이 메카니즘(328)을 포함한다. 또한, 동심 또는 외부 환형 공기 통로(326)는 연료 출구 또는 포트(330)로부터 상류에 배치된 하나 또는 그 이상의 공기 소용돌이 메카니즘(332)을 포함한다. 작동시에, 연료는 축(324)을 따른 대체로 축방향(334)에서 중앙 통로(322)를 통해 이동한다. 연료 소용돌이 메카니즘(328)에 도달할 시에, 연료 유동은 화살표(336)로 표시된 바와 같이 시계방향 또는 반시계방향 회전 또는 소용돌이를 얻게 된다. 유사하게, 공기는 화살표(338)로 표시된 바와 같이 대체로 축방향에서 동심 또는 외부 환형 공기 통로(326)를 통해 유동한다. 공기 소용돌이 메카니즘(332)에 도달할 시에, 공기 유동은 화살표(340)로 표시된 바와 같이 시계방향 또는 반시계방향에서 회전을 얻게 된다. 이러한 방법에서, 회전하는 또는 소용돌이의 연료 및 공기 유동(336, 340)은 소용돌이 분사 메카니즘(320)내의 연료 및 공기 혼합을 용이하게 한다.

특정 실시예에 있어서, 회전하는 또는 소용돌이의 연료 및 공기 유동(336, 340)은 시계방향 또는 반시계방향 양자와 같은 공동 회전 방향을 갖고 있다. 그러나, 다른 실시예에 있어서, 회전하는 또는 소용돌이의 연료 및 공기 유동(336, 340)은 시계방향 및 반시계방향과 같은 대향 회전 방향 또는 이와 반대의 회전 방향을 갖고 있다. 더욱이, 소용돌이 분사 메카니즘(320)의 몇몇 실시예는 연료 소용돌이 메카니즘(328)이 없이 단지 공기 소용돌이 메카니즘(332)만 또는 공기 소용돌이 메카니즘(332)이 없이 연료 소용돌이 메카니즘(328)만을 포함한다. 다른 실시예는 서로 직렬 또는 평행으로 배치된 추가의 연료 및 공기 소용돌이 메카니즘(328, 332)을 포함할 수도 있다. 다시, 이들 소용돌이 메카니즘(328, 332)은 소용돌이 분사 메카니즘(320)내에서의 연료 및 공기 혼합을 용이하게 한다. 또한, 동축 연료-공기 소용돌이 분사 메카니즘(320)은 연료 및 공기를 사전혼합시키기 보다는 연소기(30)내에서의 연료-공기 혼합을 용이하게 한다.

본 발명은 다양한 변경 및 다양한 형태를 수용할 수 있으며, 특정 실시예는 도면에 예로서 도시된 것이며, 여기에서 상세하게 설명되었다. 그러나, 본 발명의 개시된 특정 형태로 제한되지 않는 것을 이해해야 한다. 오히려, 본 발명은 첨부된 특허청구범위에 의해 한정된 본 발명의 정신 및 영역내에 있는 모든 변형, 등가물 및 변경을 커버한다.

본 발명에 의하면, 연료-공기 분사 로브와 결과적인 유동의 동축 또는 동심 구성은 사전혼합보다는 연소기내에서 연료-공기 혼합을 용이하게 하는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 시스템에 있어서,

   연소기 하우징에 배치된 연소 라이너로서, 종방향을 따라서 형성되고 압축된 공기 입구(90)로서 구성된 복수의 개구를 가지는 외부 케이싱(58)과, 폐쇄된 후방 단부 및 연소 출구(32)를 가지는 중실 내부 케이싱(56)과, 상기 내부 케이싱과 외부 케이싱을 따라서 또한 내부 케이싱과 외부 케이싱의 사이에 배치되는 공기 순환 통로(94)를 가지는 연소 라이너(54), 및

   상기 연소 라이너(54)에 마련된 역류 분사 메카니즘(50, 150)을 포함하며,

   상기 역류 분사 메카니즘(50, 150)은 상기 공기 순환 통로(94)를 통해 연장되는 연료 분사기를 가지는 적어도 하나의 연료-공기 분사 메카니즘을 포함하고,

   상기 연료 분사기는 연료 분사 개구(70, 156, 210)로 유도되는 연료 분사 통로 및 공기 분사 개구(72, 157, 211)로 유도되는 공기 분사 조립체를 가지고,

   상기 연료 분사 개구(70, 156, 210) 및 공기 분사 개구(72, 157, 211)는 편심 위치에 배치되고, 축방향의 가스 터빈 연소기(30)에 있어서 연료 생성물의 종방향 하류 유동에 대해 역류 방향으로 상기 폐쇄된 후방 단부를 향해 연료 및 공기를 분사하는

   시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 가스 터빈 연소기(30)의 중실 내부 케이싱(56)에 돌출 부분 및 오목 부분을 가지는 로브 구조체(74)가 배치되고,

   상기 연료 및 공기 분사 개구(70, 72)는 상기 로브 구조체(74)를 통해 연장되어 있는

   시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 가스 터빈 연소기(30)의 중실 내부 케이싱(56)과 동일평면인 위치에 동일평면 연료-공기 분사 영역(140)이 배치되고,

   상기 연료 및 공기 분사 개구(70, 72)는 상기 동일평면 연료-공기 분사 영역(140)으로 연장되어 있는

   시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 가스 터빈 연소기(30)의 중실 내부 케이싱(56)으로부터 내측으로 캔틸레버 부재(152)가 돌출되고,

   상기 연료 및 공기 분사 개구(156, 157, 210, 211)는 상기 캔틸레버 부재(152)에 배치되어 있는

   시스템.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 캔틸레버 부재(152)는 에어포일 형상을 가지는 공동-유동체(154)를 포함하고,

   상기 공동-유동체(154)의 내부에 연료 분사 통로 및 공기 통로가 배치되는

   시스템.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 연료 및 공기 분사 개구(70, 72, 156, 157, 210, 211)는 서로 인접하게 배치되어 있는

   시스템.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 역류 분사 메카니즘(50, 150)은 원주방향 배열로 배치된 연료-공기 분사 메카니즘을 포함하는 다수의 연료-공기 분사 메카니즘을 포함하는

   시스템.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 다수의 연료-공기 분사 메카니즘은, 다수의 로브 구조체(74), 다수의 동일평면 연료-공기 분사 영역(140), 다수의 캔틸레버 부재(152), 다수의 에어포일 형상을 가지는 공동-유동체(154) 중 어느 하나에 배치되는

   시스템.
9. 제 7 항에 있어서,

   상기 다수의 연료-공기 분사 메카니즘은 수렴하는 관계로 배향되는

   시스템.
10. 제 7 항에 있어서,

    상기 다수의 연료-공기 분사 메카니즘은, 상기 축방향 가스 터빈 연소기(30)의 종방향 유동 축에 대하여, 종방향 부분을 포함하는 역류 방향으로 배향되는 다수의 동축 연료-공기 개구를 포함하는

    시스템.

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