KR101646257B1

KR101646257B1 - 산업 기계용 연료 전달 시스템에 관련된 방법, 장치 및/또는 시스템

Info

Publication number: KR101646257B1
Application number: KR1020090132745A
Authority: KR
Inventors: 딘 엠 에릭슨; 데이빗 더블유 스미스; 더글러스 에스 버드; 후아 장; 다니엘 비 홀콤브
Original assignee: 제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2009-12-29
Publication date: 2016-08-05
Also published as: EP2204595A1; US8316875B2; ATE522760T1; US20100162708A1; CN101769204A; KR20100080430A; CN101769204B; EP2204595B1

Abstract

본 발명은 공급 액체 연료와 공급 퍼지 공기를 가스 터빈 엔진에 전달하기 위한 조립체로서, 상기 조립체는, 공통 출구를 구비하는 동심 채널을 통한 유동을 제어하기 위한 환형 듀얼 유동 체크 밸브로서, 외측 채널과 외측 채널의 내부에 형성된 내측 채널을 포함하는 동심 채널을 구획하는 외측 본체 및 내측 본체와, 상기 외측 채널에 위치하며 축방향으로의 소정 범위의 이동을 갖는 스프링 작동식 환형 포핏과, 상기 외측 채널을 내측 채널에 연결시키는 내측 본체를 관통하는 개구를 포함하는, 상기 환형 유동 체크 밸브를 포함하고, 상기 환형 포핏의 축방향 이동이 외측 채널 내의 환형 포핏의 상류측의 유동의 압력에 의해 조절되고, 환형 포핏의 축방향 이동 범위는 적어도 2개의 축방향 위치를 포함하는 조립체에 관한 것이다.

Description

산업 기계용 연료 전달 시스템에 관련된 방법, 장치 및/또는 시스템{METHODS, APPARATUS AND/OR SYSTEMS RELATING TO FUEL DELIVERY SYSTEMS FOR INDUSTRIAL MACHINERY}

본 발명은 일반적으로 동심 중공 통로를 통한 유동을 제어하는 것과 관련된 장치, 방법 및/또는 시스템에 관한 것이다. 한정하는 것은 아니지만 더 구체적으로는, 본 발명은 공통 출구 유동 스트림에 대한 2개의 독립 공급 유동 스트림을 수동적으로 제어하는 환형 스타일 체크 밸브에 관련된 장치, 방법 및/또는 시스템에 관한 것이다.

소정의 산업 용도에 있어서, 동심 배치로 구성된 공급 라인 유동을 제어할 필요가 있다. 소정의 통상적인 시스템은 이러한 과제를 기능적으로 수행하도록 구성될 수 있는 반면, 이러한 시스템은 부피가 크고, 비효율적이며, 비용이 높고, 및/또는 능동 제어가 필요하다. 결과적으로, 동심 배치된 공급 라인을 통한 유동의 보다 효율적이고 비용적으로 효과적인 제어에 관련된 개선된 장치, 방법 및/또는 시스템에 대한 필요성이 있게 된다.

예를 들어, 소정의 가스 터빈 엔진의 연료 전달 시스템은 이 시스템을 코 킹(coking)하고 오염시키는 잔여 액체 연료의 문제를 갖고 있다. 가스 터빈 엔진의 연료 라인에서의 액체 연료의 코킹은 특히, 액체 및 가스 연료 모두를 연소시키는 듀얼 연소 엔진에 있어서 오랜 기간 지속되어 온 문제점이었다. 일반적으로 가스 터빈 엔진은 액체 연료를 연소시키는 것으로부터 가스 연료를 연소시키는 것으로 전환되고, 잔여 액체 연료는 액체 연료 배관 시스템에 남아 있게 된다. 통상적인 시스템은 일반적으로 시스템 내의 배관으로부터 모든 잔여 액체 연료를 제거할 능력을 갖고 있지 않고, 소정의 잔여물이 연소기 유닛의 단부 커버 근처에 위치하는 배관에 남아 있게 되어, 그 결과로서 연소 공정과 관련된 상승된 온도를 경험하게 된다. 액체 연료가 공급 라인을 통해 이동할 때는, 상승된 온도는 연료를 코킹할 시간을 갖고 있지 않다. 그러나, 잔여 액체 연료는 정지되어 있기 때문에, 상승된 온도로 인하여 시간이 지남에 따라 연료가 코킹된다. 당업자라면 알고 이해하고 있는 바와 같이, 이러한 공정으로 인하여 잔여 액체 연료가 점착성 또는 고형으로 바뀌고, 이것은 일반적으로 중요한 작동 문제점 및/또는 액체 연료를 적절하게 연소시키는 엔진의 불능이 된다.

통상적인 시스템은 이러한 문제점에 비용 효율적이고 효과적인 방식으로 적절하게 접근하는 데에 실패하였다. 예를 들어, 소정의 통상적인 시스템은 표준 체크 밸브의 대용으로서 원격 작동식 2-웨이 및 3-웨이 밸브 구성을 채택하였다. 그러나, 이러한 시스템은 고비용으로 수행되고 여전히 코킹 문제를 완전하게 해결하지 못함이 밝혀졌다. 잔여 액체 연료를 냉각시키기 위한 노력은 수냉식 체크 밸브 및 공기 냉각식 2-웨이 밸브를 포함하고 있다. 그러나, 이러한 구성 및 관련 구성부품은 일반적으로 고가이어서, 유지 보수 비용이 증가하게 되며, 적절하게 설치 및 유지 보수되지 않는다면 작동 위험이 있을 수 있다. 결과적으로, 코킹 문제를 비용 효율적이고 효과적인 방식으로 절적하게 해결할 수 있는 시스템 및 방법에 대한 필요성이 있게 된다.

이에 따라, 본 출원에는 공급 액체 연료와 공급 퍼지 공기를 가스 터빈 엔진에 전달하기 위한 조립체로서, 상기 조립체는, 공통 출구를 구비하는 동심 채널을 통한 유동을 제어하기 위한 환형 듀얼 유동 체크 밸브로서, 외측 채널과 외측 채널의 내부에 형성된 내측 채널을 포함하는 동심 채널을 구획하는 외측 본체 및 내측 본체와, 상기 외측 채널에 위치하며 축방향으로의 소정 범위의 이동을 갖는 스프링 작동식 환형 포핏(poppet)과, 상기 내측 본체를 관통하여 외측 채널을 내측 채널에 연결하는 개구를 포함하는, 상기 환형 유동 체크 밸브와;

상기 환형 듀얼 유동 체크 밸브의 상류측에 위치하고, 외측 채널로 유입되는 퍼지 공기의 유동을 제어하도록 구성된 제 1 밸브와;

상기 환형 듀얼 유동 체크 밸브의 상류측에 위치하고, 내측 채널로 유입되는 액체 연료의 유동을 제어하도록 구성된 제 2 밸브를 포함하고,

상기 환형 포핏의 축방향 이동은 외측 채널 내의 환형 포핏의 상류측의 유동의 압력에 의해 조절되고, 상기 환형 포핏의 축방향 이동 범위는, 상기 환형 포핏이 개구를 실질적으로 덮는 폐쇄 위치와, 상기 개구의 적어도 일부가 환형 포핏에 의해 덮이지 않는 개방 위치인 적어도 2개의 축방향 위치를 포함하는 조립체가 기재되어 있다.

액체 연료 및 가스 연료를 연소시키는 가스 터빈 엔진의 연소기의 공통 공급 라인에 공급 퍼지 공기와 공급 액체 연료를 전달하는 방법에 있어서, 상기 방법은,
a) 연료 전달 조립체를 구성하는 단계로서, 상기 연료 전달 조립체는, 공통 출구를 구비하는 동심 채널을 통한 유동을 제어하기 위한 환형 듀얼 유동 체크 밸브로서, 외측 채널과 외측 채널의 내부에 형성된 내측 채널을 포함하는 동심 채널을 구획하는 외측 본체 및 내측 본체와, 상기 외측 채널에 위치하며 축방향으로의 소정 범위의 이동을 갖는 스프링 작동식 환형 포핏(poppet)과, 상기 내측 본체를 관통하여 외측 채널을 내측 채널에 연결하는 개구를 포함하며, 상기 환형 포핏의 축방향 이동은 외측 채널 내의 환형 포핏의 상류측의 유동의 압력에 의해 조절되고, 상기 환형 포핏의 축방향 이동 범위는, 상기 환형 포핏이 개구를 실질적으로 덮는 폐쇄 위치와, 상기 개구의 적어도 일부가 환형 포핏에 의해 덮이지 않는 개방 위치인 적어도 2개의 축방향 위치를 포함하는, 상기 환형 듀얼 유동 체크 밸브와; 상기 환형 듀얼 유동 체크 밸브의 상류측에 위치하고, 외측 채널로 유입되는 퍼지 공기의 유동을 제어하도록 구성된 제 1 밸브와; 상기 환형 듀얼 유동 체크 밸브의 상류측에 위치하고, 내측 채널로 유입되는 액체 연료의 유동을 제어하도록 구성된 제 2 밸브를 포함하는, 연료 전달 조립체 구성 단계;

b) 연소기가 액체 연료를 연소시킬 때, 실질적으로 어떠한 퍼지 공기도 외측 채널로 유동하지 않고 환형 포핏이 폐쇄 상태로 남아 있도록 제 1 밸브를 폐쇄 위치로 설정하고, 액체 연료가 환형 듀얼 유동 체크 밸브의 내측 채널을 통해 유동하여 공통 공급 라인으로 전달되도록 제 2 밸브를 개방 위치로 설정하는 단계; 및

c) 연소기가 가스 연료를 연소시킬 때, 실질적으로 어떠한 액체 연료도 내측 채널로 유동하지 않도록 제 2 밸브를 폐쇄 위치로 설정하고, 퍼지 공기가 외측 채널로 유동하여, 환형 포핏을 개방 위치로 이동시키고, 개구를 통해 유동하여, 공통 공급 라인으로 전달되도록 제 1 밸브를 개방 위치로 설정하는 단계를 포함한다.

본 출원의 이러한 특징 및 다른 특징은 도면 및 첨부된 청구범위와 연관시켜서 바람직한 실시예의 이하의 상세한 설명을 검토해 보면 명백해질 것이다.

본 발명의 이러한 목적 및 장점 등은 첨부 도면을 연관시켜 본 발명의 예시적인 실시예의 보다 상세한 설명을 주의 깊게 검토함으로써 더 완벽하게 이해될 것이다.

이제 도면을 참고하면, 도 1에는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 환형 듀얼 유동 체크 밸브(10)의 단면도가 도시되어 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 환형 듀얼 유동 체크 밸브(10)는 동심 유동 채널, 즉 외측 채널(16) 및 내측 채널(18)을 구획하는 외측 본체(12) 및 내측 본체(14)를 포함할 수 있다. 환형 듀얼 유동 체크 밸브(10)는 조립체 단부 캡 또는 단부 캡(20)과, 스프링(22)과, 환형 체크 포핏 또는 환형 포핏(24)을 더 포함할 수 있는데, 이는 아래에서 더 자세히 설명하겠다.

외측 본체(12)는 일반적으로 실질적으로 원통형이고, 외측 채널(16)의 외측 경계를 형성하는 중공형 챔버를 형성한다. 외측 본체(12)의 내벽은 그 내부에 형성된 홈(26) 또는 단차부(28)를 구비할 수 있고, 당업자가 알고 있는 바와 같이, 다른 통상적인 방법 또는 기계적인 연결부가 사용될 수 있지만, 아래에서 더 자세히 설명하는 바와 같이, 상기 홈 또는 단차부가 외측 본체(12) 내의 다른 구성부품의 축방향 위치를 고정 또는 고착시키기 위해 사용될 수 있다. 외측 본체(12)의 상류측 단부에는 예를 들어, 나사형 외면(30)과 같은 연결 수단이 형성되어 있을 수 있고, 이 나사형 외면은 도시되어 있는 바와 같이 외측 본체(12)를 다른 배관에 연결하기 위해 사용될 수 있다. 다른 부착 수단도 사용될 수 있다. 도 1의 환형 듀얼 유동 체크 밸브(10)의 도시에 제시되어 있는 바와 같이, 상기 밸브를 관통하는 유동은 통상적인 좌측 방향에서 우측 방향으로 이동한다는 것에 유의하라. 구성부품의 상대적인 위치는 "상류측" 또는 "하류측"이라는 지시로서 설명될 수 있다. 이에 따라, 좌측 상의 구성부품은 "상류측"에 있는 것을 의미하는 한편, 우측 상의 구성부품은 "하류측"에 있는 것을 의미할 수 있다. 이러한 기재는 환형 듀얼 유동 체크 밸브(10)를 통한 유동의 방향에 관한 것이라는 것을 이해할 것이다. 또한, 환형 듀얼 유동 체크 밸브(10)는 가스 또는 액체 유동, 또는 액체 유동 및 가 스 유동의 조합을 안내하기 위해 사용될 수 있다.

내측 본체(14)는 일반적으로 원통형인 중공형 챔버를 형성한다. 내측 본체(14)의 외면은 일반적으로 외측 채널(16)의 내측 경계를 형성하고, 내측 본체(14)의 내면은 일반적으로 내측 채널(18)의 외측 경계를 형성한다. 내측 본체(14)는 외측 본체(12) 내에 삽입될 수 있도록 수치 설정되고 구성된다{도 1의 바람직한 실시예는 분리된 부품의 조립체를 포함하고 있는 것으로 기재되어 있음에 유의하라. 이것은 단지 예시적인 것이다. 당업자라면 이해하고 있는 바와 같이, 외측 본체(12)는 내측 본체(14) 및/또는 기재된 다른 일부 부품과 일체가 되도록 구성될 수 있다}. 일반적으로, 상류측 단부로부터 하류측 단부로 이동하면서, 내측 본체(14)는 입구(32), 플랜지(34), 중간 본체(36) 및 출구(38)를 포함할 수 있고, 이들 모두는 관통하여 형성되어 있는 내측 채널(18)을 구비하고 있다{내측 본체(14)의 몇몇 부품에 대한 설명은 명백한 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 어떠한 방식으로 한정하려는 의도는 아님에 유의하라}. 입구(32)는 일반적으로 내측 본체(14)를 통해 연장되는 내측 채널(18)로의 입구를 형성하고, 중공 원통형 통로를 구획하는 비교적 박형인 슬리브 또는 벽을 포함하고 있다. 입구(32)는 원하는 거리만큼 상류측으로 연장될 수 있고, 도시되어 있는 바와 같이, 다른 배관 또는 중공형 통로에 연결시키기 위해 사용될 수 있는 예를 들어 나사형 외면(39)과 같은 연결 수단에서 종료될 수 있다.

플랜지(34)는 내측 본체(14)로부터 반경방향 외측으로 연장되고, 외측 본체(12)와 연결되어, 외측 본체(12) 내에서 내측 본체(14)의 축방향 위치를 실질적으로 고정 또는 고착시킨다. 예를 들어, 도시되어 있는 바와 같이, 플랜지(34)는 외측 본체(12)의 내벽에 형성되어 있는 원주방향 단차부(28) 또는 좁은 지점에서의 직경보다 큰 직경을 가질 수 있다. 이에 의해, 단차부(28)는 하나의 축방향으로 플랜지(34)의 축방향 이동{이에 따라, 내측 본체(14)의 축방향 이동}을 제한할 수 있다{도시되어 있는 바와 같이, 단차부는 하류측 방향으로의 플랜지(34)의 이동을 제한하고 있다}. 홈(26)이 플랜지(34)의 상류측 단부의 바로 상류측에 배치될 수 있고, 이어서 인서트(40)가 단차부(28)의 기능과 유사하게, 홈(26)과 맞물려서 외측 채널(16)의 직경을 좁게 하는 데에 사용될 수 있다. 이에 의해, 도시되어 있는 바와 같이, 홈(26)/인서트(40) 조립체는 상류측 방향으로 플랜지(34)의 이동(이에 따라, 내측 본체(14)의 이동)을 제한할 수 있다. 즉, 인서트(40)는 플랜지(34)가 상류측으로 이동하는 것을 방지하도록 반경방향 내측으로 연장될 수 있다. 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 다른 기계적 연결부 또는 구성이 플랜지(34)/내측 본체(14)의 축방향 이동을 제한하기 위해 사용될 수 있다. 플랜지(34) 내에는, 몇 개의 플랜지 채널(42)이 형성될 수 있다. 플랜지 채널(42)은 외측 채널(16)을 통한 유동이 플랜지(34)를 관통할 수 있도록 즉, 플랜지(34)가 외측 채널(16)을 통한 유동을 저지하지 않도록, 플랜지(34)를 관통하는 축방향으로 방향설정된 채널 또는 개구를 제공할 수 있다. 플랜지 채널(42)은 원하는 성능에 따라 크기 설정되고 구성될 수 있다.

내측 본체(14)의 중간 본체(36)는 일반적으로 플랜지(34)로부터 하류측 방향으로 축방향으로 연장될 수 있다. 중간 본체(36)는 중공 원통형 통로를 구획하는 비교적 박형인 슬리브 또는 벽을 포함할 수 있다. 중간 본체(36) 내에는, 복수의 통로 또는 개구부가 내측 채널(18)을 구획하는 슬리브 또는 벽을 통해 형성될 수 있다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 이러한 통로 또는 개구부는 소정의 바람직한 실시예의 슬롯(44)을 포함할 수 있다. 일반적으로, 슬롯(44)은 외측 채널(16)이 내측 채널(18)과 유체 연통하도록 외측 채널(16)과 내측 채널(18) 사이에 개구를 형성한다. 도 1의 바람직한 실시예에 도시되어 있는 바와 같이, 슬롯(44)은 축방향으로 방향설정된 세장형 개구일 수 있다. 설명한 바와 같이, 예를 들어, 복수의 원형 구멍 또는 개구부와 같은 다른 형태의 개구도 사용될 수 있다. 이하에서 더 자세히 설명하는 바와 같이, 슬롯(44)의 축방향 위치는 일반적으로 환형 포핏(24)의 축방향 위치 및 그 이동 범위와 일치하게 된다.

출구(38)는 일반적으로 내측 본체(14)를 통해 연장되는 내측 채널(18)의 출구를 형성한다. 출구(38)는 일반적으로 중간 본체(36)로부터의 원하는 거리만큼 하류측으로 연장되고, 도시되어 있는 바와 같이, 예를 들어 나사형 외면(46)과 같은 연결 수단으로 비교적 짧은 거리 후에 종료될 수 있다. 출구(38)의 나사형 외면(46)은 내측 채널(18)이 하류측으로 연속하도록 내측 본체(14)를 배관 또는 다른 장착구에 연결시키는 데에 사용될 수 있다.

단부 캡(20)은 외측 본체(20)의 하류측 단부에 형성될 수 있다. 단부 캡(20)은 일반적으로 고정식 또는 고착식 표면을 제공할 수 있고, 스프링(22)의 일단부가 상기 캡과 맞물려 있으며, 그 기능을 수행하기 위해, 몇 가지 다양한 구성, 크기 및 구조를 가질 수 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 단부 캡(20)은 내측 본 체가 통과할 수 있는 중간 구멍 또는 통로를 가진 원형이다. 단부 캡(20)은 다른 기계적 연결부를 사용하여 단부 캡(20)의 축방향 위치를 고정할 수 있지만, 홈(26)/인서트(40) 조립체에 의해 적소에 유지될 수 있다.

전술한 바와 같이, 스프링(22)의 일단부는 단부 캡(20)에 맞닿아 있을 수 있다. 스프링(22)의 타단부는 환형 포핏(24)에 맞닿아 있을 수 있다. 스프링(22)은 통상적인 스프링 또는 대체로 내측 본체(14)를 포위하는 균등한 기계적 장치일 수 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 환형 포핏(24)은 외측 채널(16)을 통한 유동 압력이 지시함에 따라 스프링(22)에 대항하여 축방향으로 대체로 자유롭게 이동할 수 있는 도우넛 형상 부재이다. 또한, 환형 포핏(24)은 일반적으로 내측 본체(14)의 외면과 외측 본체(12)의 내면 사이에서 연장되는 중실형 부재를 제공한다. 내측 본체(14)와 내측 채널(18)은 환형 포핏(24)의 중앙의 중공형 개구를 통해 연장될 수 있다. 환형 포핏(24)은 또한 그 내면 및 외면에 절입되어 있는 몇 개의 포핏 홈(48)을 구비할 수 있는데, 이 홈에 가이드(50) 및/또는 O 링(52)이 위치할 수 있다. 가이드(50)는 테플론 또는 다른 적절한 재료로 구성될 수 있고, 당업자라면 알고 있는 바와 같이, 환형 포핏(24)의 이동을 보조하도록 작동될 수 있다. O 링(52)은 임의의 적절한 재료로 제조될 수 있고, 당업자라면 알고 있는 바와 같이, 포핏(24) 둘레의 축방향 유동이 실질적으로 방지되도록 환형 포핏(24)을 밀봉시키는 기능을 할 수 있다.

단부 캡(20), 스프링(22) 및 환형 포핏(24)은 외측 본체(12) 내에 그리고 내측 본체(14) 둘레에 구성되어 있을 수 있어서, 1) 스프링(22)이 압축되지 않을 경우, 포핏(24)은 슬롯(44)을 커버하는 축방향 위치에 존재하고(이에 따라, 슬롯(44)을 통한 외측 채널(16)로부터 내측 채널(14)로의 유동을 방지한다), 2) 스프링이 압축되는 경우, 포핏(24)은 하나 이상의 슬롯(44)이 덮이지 않도록 슬롯(44)의 하류측에 존재한다(이에 따라, 슬롯(44)을 통한 외측 채널(16)로부터 내측 채널(14)로의 유동을 허용한다). 단부 캡(20)의 상류측에는 배출구(54)가 위치할 수 있다. 배출구(54)는 임의의 유체 또는 가스의 출구를 제공하는 외측 본체(12)를 통한 개구부 또는 구멍을 포함할 수 있고, 상기 유체 또는 가스는 포핏(24)의 하류측의 외측 채널(16)로 유입된다.

전술한 환형 듀얼 유동 체크 밸브(10) 조립체는 비용 효율적이고 효과적인 방식으로 구성되고 조립되도록 구성되어 있다. 예를 들어, 단부 캡(20)은 상류측 단부를 통해 외측 본체(12)로 삽입될 수 있고, 외측 본체(14)의 하류측 단부 부근에 배치된 홈(26)/인서트(40) 조립체에 의해 축방향 이동이 저지될 때까지 하류측으로 슬라이딩한다. 그 후, 스프링(22)은 단부 캡(20)과 맞닿게 될 때까지 외측 본체(16) 내로 삽입될 수 있다. 이어서, 환형 포핏(24)은 스프링(22)과 맞닿게 될 때까지 외측 본체(16) 내로 삽입될 수 있다. 이어서, 내측 본체(14)는 플랜지(34)가 단차부(28)에 맞닿게 될 때까지 외측 본체(16) 내로 삽입될 수 있다. 플랜지(34)는 이어서 단차부(28)와 그것의 상류측에 배치된 다른 홈(26)/인서트(40) 조립체 사이에서 브래킷될 수 있고, 이에 의해 외측 본체(12) 내에서 내측 본체(14)의 축방향 위치를 고정시킨다. 이에 의해 일반적으로 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 환형 듀얼 유동 체크 밸브(10) 조립체가 완성된다. 당업자라면 알고 있는 바와 같이, 몇 개의 기계적인 연결부의 상세는 이러한 편리한 조립을 허용하는 일반적인 구성으로부터 벗어나지 않는 한 변경될 수 있다.

사용 시에, 환형 듀얼 유동 체크 밸브(10)는 아래와 같이 작동될 수 있다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 외측 채널(18) 내로의 유동의 압력은 스프링(22)에 대항하여 환형 포핏(24)을 이동시키기에 불충분하다(즉, 유동이 스프링(22)을 압도하기에는 불충분할 수 있다). 이러한 경우에, 환형 포핏(24)은 "폐쇄 위치"에 있다. 이러한 폐쇄 위치에서, 환형 포핏(24)은 슬롯(44)과 실질적으로 동일한 축방향 위치에 있고, 이에 의해 슬롯(44)을 덮을 수 있다. 내측 채널(18)을 통한 유동이 발생될 수 있지만, 외측 채널(16)로부터 내측 채널(18)로 그리고 내측 채널(18)로부터 외측 채널(16)의 유동은 환형 포핏(24)에 의해 실질적으로 저지된다. 당업자라면 알고 있는 바와 같이, 이러한 유동은 슬롯(44)의 양 측부에 즉, 슬롯(44)의 상류측 및 하류측에 배치된 O 링(52)을 사용하여 포핏(24)에 의해 보다 완벽하게 저지될 수 있다. 내측 채널(18)로부터 슬롯(44)을 관통하여 일부 유동이 발생될 수 있고, 이러한 유동이 포핏(24)에 대항하는 압력을 제공한다는 것을 이해할 것이다. 그러나, 포핏(24)에 대항하고 슬롯(44)을 관통하는 유동의 압력이 스프링(22)에 대항하여 포핏(24)을 결합시키거나 이동시키는 방향으로 방향설정되어 있지 않다. 이에 따라, 포핏(24)은 슬롯(44)을 덮는 위치에 남아 있게 되고, 내측 채널(18)로부터 외측 채널(16)로의 유동을 방지하거나 실질적으로 방지한다. 다시, O 링(52)을 사용하면 이러한 임의의 유동을 보다 완벽하게 저지할 수 있다.

변형례로서, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 외측 채널(16)로의 가압 유동 은 포핏(24)이 스프링(22)을 눌러서, 하류측 방향의 축방향으로 이동하도록 환형 포핏(24)에 충분한 압력을 가할 수 있다. 환형 포핏(24)은, 슬롯(44)이 적어도 부분적으로 덮혀있지 않도록 하류측 방향으로 이동한 경우에, 포핏(24)은 "개방 위치"에 있는 것으로 설명할 수 있다. 개방 위치에서, 외측 채널(16)로부터의 가스 또는 액체는 슬롯(44)을 경유하여 내측 채널(18) 내로 유동할 수 있다. 내측 채널(18) 내의 상류측 밸브(도시되어 있지 않음)가 내측 본체(14)의 입구(32)로의 유동을 정지시킬 수 있다. 이러한 경우에, 외측 채널(16)로부터 슬롯(44)을 통한 유동은 내측 본체(14)를 관통하는 실질적으로 전체 유동이 된다. 내측 본체(14)의 입구(32)로의 유동이 유지되면서 포핏(24)이 개방 위치에 있다면, 내측 채널(18)과 외측 채널(16)을 통한 유동이 혼합될 수 있다. 소정의 경우에, 이러한 형태의 작동이 유리할 수 있다.

언급한 바와 같이, 슬롯(44)은 최적의 작동을 위해 다양하게 구성될 수 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 슬롯(44)은 일반적으로 축방향으로 방향설정된 세장형 개구를 포함하고 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 슬롯(44)은 내측 본체(14)의 외면의 개구로부터 하류측 방향으로 경사져 있을 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 슬롯(44)의 축과 내측 채널(18)의 축은 30° 내지 60° 사이의 각도를 형성할 수 있다. 다른 장점 중에서, 이러한 구성은 외측 채널(16)로부터 내측 채널(18)로의 보다 효율적이고 개선된 유동을 허용할 수 있다. 슬롯(44)의 상류에서, 도시되어 있는 바와 같이, 내측 본체(14)의 외면의 직경은 슬롯(44)의 상류측 단부가 도달할 때까지 점진적으로 좁아질 수 있다. 따라서, 슬롯(44)은 내측 본체(14)의 일반적인 직경으로서 감소된 직경을 갖는 부분에 존재할 수 있다. 슬롯(44)의 상류측에서 발생되는 이러한 점진적인 협소화는 외측 채널(16)로부터 슬롯(44) 내로의 보다 효과적인 유동을 제공할 수 있다. 또한, 점진적인 협소화는 포핏(24)이 개방 위치로 이동할 때 O 링이 증진적으로 또는 점진적으로 장전될 수 있게 하고, 이것은 그렇지않다면 발생하게 될 외측 채널(16)로부터의 가압 유동의 즉각적인 부하에 의해 O 링(52)이 이동하게 되는 것을 방지할 것이다. 슬롯(44)의 하류측에는, 도시되어 있는 바와 같이, 내측 본체(14)의 외면의 직경은 내측 본체(14)의 일반적인 직경이 얻어질 때까지 점진적으로 넓어질 수 있다.

도 3, 도 4 및 도 5에는 본 발명에 따른 환형 듀얼 유동 체크 밸브(10)를 채택한 예시적인 듀얼 유체 전달 시스템(60)이 도시되어 있다. 도 3 및 도 4에는 다양한 유동 조건에서의 시스템(60)의 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 시스템(60)은 환형 듀얼 유동 체크 밸브(10)와, 통상적인 체크 밸브(64)와, 통상적인 밸브(65)를 포함하는 외측 채널(16)의 상류측 연장부와, 통상적인 밸브(66)를 포함하는 내측 채널(14)의 상류측 연장부를 포함할 수 있다.

시스템(60)은 아래와 같이 작동될 수 있다. 도 3에서, 밸브(65)는 어떠한 유동도 환형 듀얼 유동 체크 밸브(10)의 외측 채널(16)에 도달할 수 없도록 폐쇄된다는 것을 이해할 것이다. 어떠한 유동도 없다면, 환형 포핏(24)은 폐쇄 상태로 남아있게 되고, 이에 의해, 앞서 더 자세히 설명한 바와 같이, 슬롯(44)을 덮고, 외측 채널(16)로부터 내측 채널(18)로의 유동 및/또는 내측 채널(18)로부터 외측 채널(16)로의 유동을 방지한다. 화살표(67)에 의해 지시되어 있는 바와 같이, 유 동은 환형 듀얼 유동 체크 밸브(10)의 내측 채널(18)을 통해 진행될 수 있다.

도 4에 있어서, 밸브(65)가 개방되어, 환형 듀얼 유동 체크 밸브(10)의 외측 채널(16)로의 유체의 유동이 허용될 수 있다. 밸브(65)를 통한 유동의 압력이 충분하다고 가정하면, 외측 채널(16)에서의 유동이 하류측 방향의 환형 포핏(24)을 이동시키고, 슬롯(44)을 개방시킨다. 이것은 화살표(69)로 지시되어 있는 바와 같이, 외측 채널(16)의 유동이 슬롯(44)을 경유하여 내측 채널(18)로 진행하는 것을 허용하게 된다. 도시되어 있는 블록(71)에 의해 지시되는 바와 같이, 슬롯(44)의 상류측의 내측 채널(18)의 부분을 관통하는 유동이 정지될 수 있다. 이것은 밸브(66)를 폐쇄시키는 것 또는 임의의 다른 통상적인 수단에 의해 달성될 수 있다. 유동의 압력이 제거되면, 체크 밸브(64)는 폐쇄될 것이고, 이에 의해 내측 채널(18) 내의 슬롯(44)으로부터의 상류측 방향의 임의의 역류 또는 유동이 방지된다. 도 4에 도시되어 있는 유동 상태가 계속되는 동안, 외측 채널(16)을 통해 흐르는 유체가 어떠한 경우라도 내측 채널(18) 내의 고정 유체를 대류적으로 냉각 또는 가열하고, 2개의 채널이 동심 통로를 형성하는 위치에서 열교환이 발생된다. 소정의 용례에 있어서, 이러한 특징은 내측 채널(18)을 통한 유동의 온도를 유리하게 조절하기 위해 사용될 수 있다.

도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예는 예를 들어 가스 터빈 엔진과 같은 산업 기계의 연료 전달 시스템에 채택될 수 있다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예는 듀얼 연소 가스 터빈 엔진의 액체 연료 전달 및 퍼지 시스템 내에서 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 가스 터빈 엔진의 연료 라인 내의 액체 연료의 코킹은 특히, 액체 및 가스 연료 모두를 연소시키는 듀얼 연소 엔진에서 오랜 기간 동안의 문제점이었다. 일반적으로, 엔진이 액체 연료를 연소시키는 것으로부터 가스 연료를 연소시키는 것으로 전환되면, 액체 연료의 잔여량은 액체 연료 배관 시스템에 남아 있게 된다. 통상적인 시스템은 시스템 내의 배관으로부터의 모든 잔여 액체 연료를 제거하기 위한 능력을 갖고 있지 않고, 일부 잔여 연료는 연소기 유닛 부근에 있는 배관 내에 남아 있으며, 그 결과로서, 연소 공정 부근에서 일어나는 상승된 온도를 경험하게 된다. 액체 연료가 라인을 통해 이동하면, 연소기 부근에서의 상승된 온도는 연료를 코킹시키기 위해 필요한 시간을 갖고 있지 않다. 그러나, 잔여 액체 연료는 정지되어 있기 때문에, 상승된 온도는 시간이 지남에 따라 배관 시스템 내에 남아 있는 연료를 코킹시킬 수 있다. 당업자라면 알고 있는 바와 같이, 코킹은 매우 바람직하지 않은데, 그 이유는 코킹에 의해 잔여 액체 연료가 점착성 또는 고형으로 바뀌고, 이는 일반적으로 중요한 작동 문제점 및/또는 액체 연료를 적절하게 연소시키기 위한 엔진의 불능이 되기 때문이다.

도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 환형 듀얼 유체 체크 밸브(10)는 가스 터빈 엔진의 연료 전달 시스템에 사용될 수 있다. 특히, 환형 듀얼 유동 체크 밸브(10)는 연료 및 퍼지 공기를 가스 터빈 엔진의 연소기(80)에 전달하기 위해 사용될 수 있다. 하류측 단부에서, 환형 듀얼 유동 체크 밸브(10)의 출구는 통상적인 수단에 따른 액체 연료 분배기 밸브(82)에 연결될 수 있다. 당업자라면 알고 있는 바와 같이, 액체 연료 분배기 밸브(82)는 연소기(80)의 단부 커버(84)에 있고, 연소기(80)에 공급 액체 연료를 전달할 수 있다. 가스 터빈 엔진이 액체 연료를 연 소시키는 것으로부터 가스 연료를 연소시키는 것으로 전환되면, 액체 연료 분배기 밸브(82)로의 연료의 유동이 정지된다는 것을 이해할 것이다. 이러한 경우에, 액체 연료 분배기 밸브(82) 및 다른 전달 라인 또는 공급부로부터 액체 연료를 퍼지 또는 세정하기 위해 퍼지 공기가 필요하다. 액체 연료 전달 시스템을 통한 퍼지 공기의 유동은 연소기가 필요한 냉각 효과를 위해 가스 연료를 연소시키는 동안에 실질적으로 연속적일 수 있다.

도 5의 시스템은 환형 듀얼 유동 체크 밸브(10)의 외측 채널(16)로 퍼지 공기의 전달을 제어하는 상류측 밸브(65)를 포함하고, 환형 듀얼 유동 체크 밸브(10)의 내측 채널(18)로의 액체 연료의 전달을 제어하는 상류측 밸브(66)를 구비하고 있다. 연소기(80)가 액체 연료를 연소시킬 때, 밸브(65)는 어떠한 퍼지 공기의 가압 유동이 외측 채널(16)로 흘러서 포핏(24)이 이동하지 않도록 폐쇄된 상태로 남아 있을 수 있다. 밸브(66)는 액체 연료가 환형 듀얼 유동 체크 밸브(10)의 내측 채널(18)을 통해 흘러서 연소기(80)로 전달될 수 있도록 개방된 상태로 남아 있을 수 있다.

연소기(80)가 가스 연료를 연소시키도록 전환되면, 액체 연료의 연소기(80)로의 유동은 정지된다는 것을 이해할 것이다. 이러한 경우에, 밸브(66)는 이러한 유동을 방지하도록 폐쇄될 수 있다. 동시에, 밸브(65)는 가압 퍼지 공기가 환형 듀얼 유동 체크 밸브(10)의 외측 채널(16)로 유동하도록 개방될 수 있다. 앞서 상세히 설명한 바와 같이, 퍼지 공기의 압력은 환형 포핏(24)을 압박하여 이 환형 포핏을 스프링(22)이 압축됨에 따라 하류측 방향으로 이동시킨다. 이것은 퍼지 공기 가 슬롯(44) 내로 유동하는 것을 허용하고, 이에 의해 퍼지 공기가 연소기(80)에 하류측으로 연속될 수 있는 내측 채널(18)에 도달하고, 여기서 연소기(80)의 연료 노즐(86)을 퍼지 및 냉각시키는 기능을 수행할 수 있다. 도 5의 연료 전달 조립체의 일부를 관통하여, 퍼지 공기가 정지된 액체 연료를 유지시키는 내측 채널(18)의 외주부 둘레에서 그리고 외측 챔버(18)를 관통하여 유동한다는 것을 이해할 것이다. 바람직한 실시예에 있어서, 퍼지 공기는 적절한 온도로 유지되고, 연소기(80) 부근에서 발견된 상승된 온도를 충분하게 조절하거나 또는 중성화시키며, 정지된 액체 연료를 그 이하의 온도에서 코킹이 발생되는 소정의 온도로 유지시킨다. 즉, 퍼지 공기의 유동은 코킹을 피할 수 있도록 내측 채널(18) 내의 액체 연료를 냉각시키기 위해 사용된다. 소정의 실시예에 있어서, 일반적으로 내측 본체(12)와 그 상류측 연장부인 내측 채널(18)과 외측 채널(16) 사이의 분할기는 열이 외측 채널 내의 퍼지 공기와 내측 채널 내의 액체 연료 사이에서 효율적으로 전달될 수 있도록 구성될 수 있다. 이것은 열전도가 양호한 재료를 가진 내측 본체(12)로 구성되는 것을 포함할 수 있다.

전술한 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 설명으로부터, 당업자라면 개선, 변형 및 수정을 알 수 있을 것이다. 당업계의 기술 내에서의 이러한 개선, 변형, 및 수정은 첨부된 청구범위에 의해 커버되는 것으로 의도된다. 또한, 전술한 것은 본 발명의 전술한 실시예에 관한 것이며, 이하의 청구범위와 그 균등 범위로 구획되는 본 출원의 기술적 사상 및 보호범위로부터 벗어나지 않는 한 다수의 변형 및 수정이 있을 수 있다는 것은 명백할 것이다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 환형 듀얼 유동 체크 밸브의 단면도,

도 2는 도 1의 환형 듀얼 유동 체크 밸브의 다른 단면도,

도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 환형 듀얼 유동 체크 밸브를 채택한 시스템의 단면도,

도 4는 도 3의 시스템의 다른 단면도,

도 5는 가스 터빈 엔진의 연소기와 함께 사용될 수 있는 도 3의 시스템의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

10 : 환형 듀얼 유동 체크 밸브 12 : 외측 본체

14 : 내측 본체 16 : 외측 채널

18 : 내측 채널 20 : 단부 캡

22 : 스프링 24 : 환형 포핏

26 : 홈 28 : 단차부

30 : 나사형 외면 32 : 입구

34 : 플랜지 36 : 중간 본체

38 : 출구 39 : 나사형 외면

40 : 인서트 42 : 플랜지 채널

44 : 개구 또는 슬롯 46 : 나사형 외면

48 : 포핏 홈 50 : 가이드

52 : O 링 54 : 배출구 또는 방출구

60 : 듀얼 유체 전달 시스템 64 : 통상적인 체크 밸브

65, 66 : 통상적인 밸브 67, 69 : 화살표

71 : 블록 80 : 연소기

82 : 액체 연료 분배기 밸브 84 : 단부 커버

Claims

공급 액체 연료와 공급 퍼지 공기를 가스 터빈 엔진에 전달하기 위한 조립체에 있어서,

공통 출구(38)를 구비하는 동심 채널(concentric channels)(16, 18)을 통한 유동을 제어하기 위한 환형 듀얼 유동 체크 밸브(10)로서, 외측 채널(16)과 외측 채널(16)의 내부에 형성된 내측 채널(18)을 포함하는 동심 채널(16, 18)을 구획하는 외측 본체(12) 및 내측 본체(14)와, 상기 외측 채널(16)에 위치하며 축방향으로의 소정 범위의 이동을 갖는 스프링(22) 작동식 환형 포핏(24)과, 상기 내측 본체(14)를 관통하여 외측 채널(16)을 내측 채널(18)에 연결하는 개구(44)를 포함하며, 상기 환형 포핏(24)의 축방향 이동은 외측 채널(16) 내의 환형 포핏(24)의 상류측의 유동의 압력에 의해 조절되고, 상기 환형 포핏(24)의 축방향 이동 범위는, 상기 환형 포핏(24)이 개구(44)를 실질적으로 덮는 폐쇄 위치와, 상기 개구(44)의 적어도 일부가 환형 포핏(24)에 의해 덮이지 않는 개방 위치인 적어도 2개의 축방향 위치를 포함하는, 상기 환형 유동 체크 밸브(10)와;

상기 환형 듀얼 유동 체크 밸브(10)의 상류측에 위치하고, 상기 외측 채널(16)로 유입되는 퍼지 공기의 유동을 제어하도록 구성된 제 1 밸브(65)와;

상기 환형 듀얼 유동 체크 밸브(10)의 상류측에 위치하고, 상기 내측 채널(18)로 유입되는 액체 연료의 유동을 제어하도록 구성된 제 2 밸브(66)를 포함하는

조립체.
제 1 항에 있어서,

상기 내측 본체(14)는, 외측 채널(16) 내의 퍼지 공기와 내측 채널(18) 내의 액체 연료 사이에서 열이 효율적으로 전달될 수 있게 하는 재료로 구성되고,

상기 환형 포핏(24)의 축방향 이동은 외측 채널(16) 내의 환형 포핏(24)의 상류측의 유동의 압력이 환형 포핏(24)을 압박하는 것에 의해 스프링(22)을 누르는 정도에 의해 조절되는

조립체.
제 1 항에 있어서,

상기 스프링(22)과 환형 포핏(24)은, 상기 환형 포핏(24)의 상류측의 유동의 압력 레벨이 제 1 소정(predetermined) 압력 레벨 미만일 때, 상기 환형 포핏(24)이 상기 폐쇄 위치에 있도록, 그리고 상기 환형 포핏(24) 상류측의 유동의 압력 레벨이 제 2 소정 압력 레벨을 초과할 때, 상기 환형 포핏(24)이 상기 개방 위치에 있도록 구성되고,

상기 외측 본체(12)는 실질적으로 원통형인 중공형 챔버를 형성하며, 상기 외측 본체(12)의 내벽이 외측 채널(16)의 외측 경계를 형성하고,

상기 외측 본체(12)의 상류측 단부가 연결 수단을 포함하며,

상기 내측 본체(14)는 실질적으로 원통형인 중공형 챔버를 형성하고, 상기 내측 본체(14)의 외벽이 외측 채널(16)의 내측 경계를 형성하며, 상기 내측 본체(14)의 내벽은 내측 채널(18)의 외측 경계를 형성하는

조립체.
제 1 항에 있어서,

상기 내측 본체(14)는,

상류측 방향으로 소망(desired) 거리만큼 연장되고 종료 수단에 의해 종료되는, 내측 채널(18)에 대한 입구(32)와,

상기 내측 본체(14)로부터 상기 외측 본체(12)의 내벽으로 반경방향으로 연장되는 플랜지(34)로서, 상기 플랜지(34)를 관통하는 하나 이상의 플랜지 채널(42)을 포함하는, 상기 플랜지(34)와,

상기 개구(44)를 포함하는 중간 본체(36)와,

하류측 방향으로 소망 거리만큼 연장되고 연결 수단에 의해 종료되는, 내측 채널(18)에 대한 출구(38)를 포함하는

조립체.
제 1 항에 있어서,

플랜지(34)는 외측 본체(12)에 대한 내측 본체(14)의 축방향 위치가 고정되도록 외측 본체(12)와 결합되는 반경방향 연장부를 포함하고,

하나 이상의 플랜지 채널(42)은 외측 채널(16)을 통한 유동이 플랜지(34)를 관통하는 것을 허용하는 플랜지(34) 관통 통로를 포함하는

조립체.
제 1 항에 있어서,

상기 개구(44)는 복수의 슬롯(44)을 포함하고, 상기 슬롯(44)은 축방향으로 방향설정된(oriented) 세장형 개구를 포함하며,

상기 슬롯(44)은 각 슬롯(44)을 통한 축이 상기 내측 채널(18)을 통한 축과 30° 내지 60° 사이의 각도를 형성하도록 하류측 방향으로 경사져서 내측 본체(14)를 관통 연장하는

조립체.
제 6 항에 있어서,

상기 내측 본체(14)의 외면의 직경은 슬롯(44)의 상류측에서 점진적으로 좁아지고,

상기 슬롯(44)은 감소된 직경을 포함하는 내측 본체(14)의 일부에 위치하며,

상기 내측 본체(14)의 외면의 직경은 슬롯(44)의 하류측에서 점진적으로 넓어지는

조립체.
제 1 항에 있어서,

상기 환형 포핏(24)은 실질적으로 외측 본체(12)의 내면과 내측 본체(14)의 외면 사이에서 연장되는 중실 도우넛형 부재를 포함하고,

상기 환형 포핏(24)은 조립 시에 내측 본체(14)와 외측 본체(12)의 경계면에 서 환형 포핏(24)을 실질적으로 밀봉시키는 하나 이상의 O 링(52)과 결합되도록 구성되는 하나 이상의 포핏 홈(48)을 포함하는

조립체.
제 1 항에 있어서,

단부 캡(20)을 더 포함하고, 상기 단부 캡(20)은, 외측 본체(12) 내에 고정되며 조립 시에 스프링(22)이 안장될 수 있는 반경방향으로 방향설정된 표면을 포함하고,

상기 단부 캡(20), 상기 스프링(22) 및 상기 환형 포핏(24)은 상기 외측 본체(12) 내에 그리고 내측 본체(14) 둘레에, a) 상기 스프링(22)이 소정 양 이상으로 압축되지 않은 경우, 상기 환형 포핏(24)이 개구(44)를 덮는 축방향 위치에 위치하여, 개구(44)를 통한 외측 채널(16)로부터 내측 채널(18)로의 유동과 개구(44)를 통한 내측 채널(18)로부터 외측 채널(16)로의 유동을 방지하도록, 그리고 b) 상기 스프링이 소정 양 이상으로 압축된 경우, 상기 환형 포핏(24)이 개구(44)의 하류측 위치에 위치하여, 개구(44)의 적어도 일부가 환형 포핏(24)에 의해 덮이지 않음으로써, 개구(44)를 통한 외측 채널(16)로부터 내측 채널(14)로의 유동을 허용하는 구성되는

조립체.
제 9 항에 있어서,

상기 단부 캡(20)의 상류에 있는 배출구(54)로서, 작동 중에 환형 포핏(24) 둘레에서 누출될 수 있는 유체를 위한 출구(38)를 제공하도록 구성된 외측 본체(12) 관통 개구를 포함하는, 상기 배출구(54)와,

상기 개구(44)와 상기 제 2 밸브 사이에 배치된 체크 밸브(64)를 더 포함하는

조립체.