KR101936197B1 - Vaporizer stick for gas turbine engine and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가스터빈엔진에 관한 것이다.The present invention relates to a gas turbine engine.
일반적으로, 가스터빈엔진은, 항공기 등의 이동체에 사용되는 동력원의 하나로, 압축된 공기를 연료와 함께 연소시켜 생성된 고온의 연소가스를 배출하는 것으로 추력을 발생시키는 장치이다.BACKGROUND ART Generally, a gas turbine engine is one of power sources used in a moving body such as an airplane, and generates thrust by discharging a high-temperature combustion gas generated by burning compressed air with fuel.
이러한 가스터빈엔진은, 그 크기에 따라 소형과 중대형으로 구분되며, 도 1에 도시된 바와 같이, 흡입구(11)로 유입되는 공기를 압축시키는 압축기(12)와, 압축된 공기를 연료와 함께 연소시키는 연소기(14)와, 연소가스를 공급받아 압축기(12)의 구동 및 축 출력 등 원하는 동력을 생성하는 터빈(15)을 포함한다. 따라서, 연소가스에 의해 터빈(15)이 회전되면서 원하는 동력을 얻을 수 있고, 배기가스를 외부로 배출하여 추력을 발생시킬 수 있다.Such a gas turbine engine is classified into a small size and a medium size and large size according to its size. As shown in FIG. 1, the gas turbine engine includes a
특히, 소형 가스터빈엔진은, 주로 무인기 등 소형 비행기에 사용되는 것으로, 기본 구성에 있어 중대형 가스터빈엔진과 동일하지만, 소형의 특성을 반영하기 위한 구성품 및 외장 보기류에 있어 차이가 있다. 대표적인 예로, 소형 가스터빈엔진에 사용되는 연료펌프(미도시)는, 외장형이고 전기 구동식 부품이며 그리고 저유량 및 저압력으로 연료를 공급한다.Particularly, a small-sized gas turbine engine is mainly used for a small-sized aircraft such as a UAV, and is basically the same as a middle- or large-sized gas turbine engine. However, there is a difference in the components and exterior flow for reflecting small- As a representative example, a fuel pump (not shown) used in a small gas turbine engine is an external, electrically driven component and supplies fuel at low flow rates and low pressures.
나아가, 가스터빈엔진은 압축기(12)에서 공급된 공기와 연료펌프(미도시)에서 공급된 연료가 균일하게 혼합되어 고온 연소가스를 발생시켜야 높은 효율을 얻을 수 있다. 예를 들어, 연료를 공기와 균일하게 혼합하기 위하여, 중대형 가스터빈엔진은 연료 인젝터(injector)를 사용하여 연료의 미세 액적을 생성하고 이를 공기 중에 분사하여 혼합하는 방식을 사용한다. 이 경우, 미세 액적을 생성하기 위해서는 대략 5바(bar) 이상의 높은 압력으로 연료 공급을 해야 하기 때문에, 통상 전기식 연료펌프의 구동전원(즉, 배터리) 및 연료펌프 자체의 부피 및 중량이 증가하게 된다. 이는 소형 가스터빈엔진의 운용 체격에 적합하지 않다.Furthermore, the gas turbine engine can achieve high efficiency by uniformly mixing the air supplied from the
따라서, 소형 가스터빈엔진은, 저유량 및 저압력으로 연료를 공급하는 작은 크기의 연료펌프(미도시)를 적용하게 되고, 연료펌프에 의해 공급되는 연료를 공기와 혼합하기 위한 연료 기화 부품으로, 도 1에 도시된 바와 같이 기화기(vaporizer stick)(13)을 적용하는 것이 통상적이다.Therefore, the small gas turbine engine is a fuel vaporizing part for applying a small-sized fuel pump (not shown) that supplies fuel at low flow rates and low pressures, and for mixing the fuel supplied by the fuel pump with air, It is common to apply a
이러한 기존의 기화기(13)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 환형 단면을 한 길다란 관 형상을 가지며, 그 내부에 연료 공급관(미도시)이 배치된다. 따라서, 기화기(13)의 내부로 공급되는 연료가 기화기의 내부로 유입되는 공기와 함께 기화되어 연소기(14)의 내부로 공급되고, 이후 연소기(14)의 내부에서 고온 연소가스가 생성될 수 있다. 결과적으로, 기화기(13)의 내부에서의 연료의 기화 성능은 고온 연소가스 생성에 직접적으로 영향을 주는 것을 알 수 있다.As shown in Fig. 1, the
하지만, 기존의 기화기(13)는, 가스터빈엔진의 운용 중에는 연소기(14)의 내부 온도가 충분히 높기 때문에 상대적으로 용이하게 연료를 기화시켜 연소기(14)의 내부로 공급할 수 있으나, 가스터빈엔진의 시동 시에는 연소기(14)의 내부를 포함하여 모든 부품이 상온의 상태이기 때문에, 연료의 기화 성능이 떨어지는 문제가 있다. 궁극적으로, 이러한 문제로 인해, 시동 시간의 증가, 그에 따른 연료의 과다 공급 및 과온도(over-temperature) 현상 발생, 엔진 성능 및 수명 저하 등이 초래될 수 있다.However, since the internal temperature of the
본 발명의 기술적 과제는, 연료의 기화 성능을 향상시킬 수 있는 가스터빈엔진용 기화기 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a vaporizer for a gas turbine engine capable of improving the vaporization performance of a fuel and a method of manufacturing the same.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈엔진용 기화기는, 연료 공급관으로부터 공급된 연료를 기화시키기 위한 가스터빈엔진용 기화기로, 상기 연료가 통과하면서 기화되는 길다란 형상의 관 부재; 및 상기 관 부재의 내부에 구비되며 상기 연료와의 접촉 면적을 증대시키는 접촉 면적 증대부;를 포함하고, 상기 관 부재의 내부에는 상기 연료 공급관이 삽입되고, 상기 연료 공급관의 배출단은 상기 관 부재의 내부의 상류 영역에 위치된다.In order to achieve the above object, a vaporizer for a gas turbine engine according to an embodiment of the present invention is a vaporizer for a gas turbine engine for vaporizing fuel supplied from a fuel supply pipe, absence; And a contact area increasing part provided inside the tubular member and increasing a contact area with the fuel, wherein the fuel supply tube is inserted into the tubular member, and the discharge end of the fuel supply tube is connected to the tubular member Is located in the upstream region of the interior.
상기 접촉 면적 증대부는, 상기 관 부재의 내면에 구비될 수 있다.The contact area increasing portion may be provided on the inner surface of the tubular member.
상기 접촉 면적 증대부는, 상기 관 부재의 내면에 홈 형태로 요입되어 형성되는 요입홈일 수 있다.The contact area increasing portion may be a recessed groove formed by being recessed in a groove shape on the inner surface of the tubular member.
상기 요입홈은, 상기 연료가 모세관 현상을 통해 상기 요입홈에 유입되도록 그 폭이 정해질 수 있다.The concave groove can be defined such that the fuel flows into the concave groove through a capillary phenomenon.
상기 관 부재의 단면은 환 형상을 가질 수 있고, 상기 요입홈은 상기 관 부재의 내주면에 나선 형상으로 연이어 형성될 수 있다.The cross section of the tubular member may have a ring shape, and the concave groove may be formed in a spiral shape on the inner circumferential surface of the tubular member.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스터빈엔진용 기화기의 제조 방법은, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈엔진용 기화기를 제조하는 방법으로, 3D 프린팅 기법을 이용하여 상기 가스터빈엔진용 기화기의 상기 관 부재와 상기 접촉 면적 증대부를 제조한다.Meanwhile, a method of manufacturing a vaporizer for a gas turbine engine according to another embodiment of the present invention is a method of manufacturing a vaporizer for a gas turbine engine according to an embodiment of the present invention, The pipe member and the contact area increasing portion of the vaporizer for an engine are manufactured.
이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가스터빈엔진용 기화기 및 이의 제조 방법은 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.As described above, the vaporizer for a gas turbine engine and the manufacturing method thereof according to the embodiment of the present invention can have the following effects.
본 발명의 실시예에 의하면, 관 부재와 접촉 면적 증대부를 포함하고, 관 부재는 길다란 형상을 가지며 연료 공급관으로부터 공급된 연료가 통과하면서 기화되는 곳이고, 접촉 면적 증대부는 관 부재의 내부에 구비되며 연료와의 접촉 면적을 증대시키는 기술구성을 제공하므로, 연료의 액적이 관 부재를 따라 이동하는 동안 접촉 면적 증대부를 거치면서 머무는 시간이 길어져 관 부재로 유입되는 공기와 보다 균일하게 혼합될 수 있고, 궁극적으로 이로 인해 연료의 기화 성능을 향상시킬 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the pipe member includes the contact area increasing portion, the pipe member having an elongated shape and being vaporized while passing through the fuel supplied from the fuel supply pipe, and the contact area increasing portion is provided inside the pipe member The time for which the fuel droplets pass through the contact area increasing part while the liquid droplet moves along the pipe member is lengthened and can be more uniformly mixed with the air flowing into the pipe member, Ultimately, this can improve the vaporization performance of the fuel.
도 1은 기존의 기화기가 장착된 가스터빈엔진을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈엔진용 기화기를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 연료 및 공기의 공급과 기화 발생 현상을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2의 가스터빈엔진용 기화기의 내부 형상을 점선으로 나타낸 도면이다.1 is a perspective view schematically showing a gas turbine engine equipped with a conventional vaporizer.
2 is a schematic view of a vaporizer for a gas turbine engine according to one embodiment of the present invention.
3 is a view conceptually showing supply and vaporization of fuel and air.
Fig. 4 is a diagram showing the internal shape of the vaporizer for the gas turbine engine of Fig. 2 in a dotted line. Fig.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈엔진용 기화기를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 연료 및 공기의 공급과 기화 발생 현상을 개념적으로 나타낸 도면이며, 그리고 도 4는 도 2의 가스터빈엔진용 기화기의 내부 형상을 점선으로 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a schematic view of a vaporizer for a gas turbine engine according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 conceptually showing supply and vaporization of fuel and air, and FIG. 4 is a cross- And the inner shape of the carburetor for the turbine engine is shown by a dotted line.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈엔진용 기화기(100)는, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 연료 공급관(17)으로부터 공급된 연료를 기화시키기 위한 가스터빈엔진용 기화기로, 관 부재(110)와 접촉 면적 증대부(120)를 포함한다. 이하. 도 2 내지 도 4를 계속 참조하여, 각 구성요소에 대해 상세히 설명한다.The
관 부재(110)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 연료가 통과하면서 기화되는 곳으로, 길다란 형상을 가진다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 관 부재(110)의 일단 개방부를 통해 공기가 유입될 수 있고, 관 부재(110)의 내부에는 연료를 공급하기 위한 연료 공급관(17)이 삽입될 수 있다.The
나아가, 도 3에 도시된 바와 같이, 별도의 유로(미도시)를 통해 압축기(도 1의 12)의 출구의 공기를 관 부재(110)의 일단 개방부(상류 영역에 위치되는 개방부)로 안내하는 방식으로 관 부재(110)의 내부에 공기가 제공될 수 있고, 관 부재(110)의 상류 영역에 연료(액체 연료)가 공급될 수 있도록 연료 공급관(17)의 배출단은 관 부재(110)의 상류 영역에 위치될 수 있다. 따라서, 연료와 공기가 관 부재(110)의 전 영역을 흐르면서, 즉 관 부재(110)의 내부의 상류 영역으로 공급된 연료가 압축기(12)의 출구로부터 별도의 유로(미도시)를 통해 공급되는 공기와 함께 관 부재(110)의 내부의 하류 영역으로 흐르면서, 기화되어 관 부재(110)의 타단 개방부를 통해 연소기(14)의 내부로 공급될 수 있고, 이후 연소기(14)의 내부에서 고온 연소가스가 생성될 수 있다.3, the air at the outlet of the compressor (12 in FIG. 1) is introduced into the one end opening (the opening located in the upstream region) of the
접촉 면적 증대부(120)는, 연료가 관 부재(110)의 내부를 흐르는 동안 연료와의 접촉 면적을 증대시키기 위한 구성요소로, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 관 부재(110)의 내부에 구비된다. 따라서, 연료의 액적이 관 부재(110)를 따라 이동하는 동안 접촉 면적 증대부(120)를 거치면서 머무는 시간이 길어져 관 부재(110)로 유입되는 공기와 보다 균일하게 혼합될 수 있다. 이하, 도 2 및 도 4를 계속 참조하여, 접촉 면적 증대부(120)에 대해 보다 상세히 설명한다.The contact
접촉 면적 증대부(120)는, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 관 부재(110)의 내면에 구비될 수 있다. 이러한 접촉 면적 증대부(120)는, 연료와의 접촉 면적을 증대시키기 위하여, 일 예로 도 2에 도시된 바와 같이 관 부재(110)의 내면에 홈 형태로 요입되어 형성되는 요입홈(121)일 수도 있고, 다른 예로 도시되지는 않았지만 관 부재의 내면에 돌기 형태로 돌출될 수도 있다.The contact
특히, 도 2에 도시된 바와 같이, 접촉 면적 증대부(120)가 홈 형태로 요입된 요입홈(121)일 경우, 연료가 모세관 현상을 통해 요입홈(121)에 유입될 수 있도록 그 폭(W)과 깊이(D)가 정해질 수 있다. 예를 들어, 액체 연료의 응집력과 요입홈(121)과 액체 연료 사이의 부착력을 고려하여 요입홈(121)의 폭(W)과 깊이(D)가 정해질 수 있다. 따라서, 접촉 면적 증대부(120)가 돌기 형태보다는 홈 형태를 가질 경우에 이러한 모세관 현상을 이용할 수 있어, 연료를 관 부재(110)의 내부에 오래 머물게 하는데 보다 유리할 수 있을 것이다.Particularly, as shown in FIG. 2, when the contact
나아가, 도 4에 도시된 바와 같이, 관 부재(110)의 단면은 환 형상(ring shape)을 가질 수 있고, 요입홈(121)은 관 부재(110)의 내주면에 나선 형상으로 연이어 형성될 수 있다. 따라서, 연료가 관 부재(110)의 상류 영역에서 하류 영역으로 흐르는 동안 나선 형상을 따라 선회를 하면서 관 부재(110)의 내부에 최대한 오래 머물게 되면서 관 부재(110)로 유입되는 공기와 보다 더 균일하게 혼합될 수 있다. 궁극적으로, 이로 인해 연료의 기화 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.4, the cross section of the
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스터빈엔진용 기화기의 제조 방법은, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈엔진용 기화기(100)를 제조하는 방법으로, 3D 프린팅 기법(3D printing 혹은 additive manufacturing)을 이용하여 가스터빈엔진용 기화기(100)를 제조할 수 있다. 예를 들어, 3D 프린터를 통해 소재를 적층하거나 소재를 선택적으로 소결하는 방식 등으로 기화를 제조할 수 있다. 따라서, 3D 프린팅 기법을 통해 기화기(100)의 내부에 미세하면서도 복잡한 나선 형상의 요입홈(121)을 용이하게 가공할 수 있다. 참고로, 기존의 금형 기술로는 이러한 기화기의 복잡한 내부 구조를 구현하기가 어렵다.Meanwhile, a method of manufacturing a vaporizer for a gas turbine engine according to another embodiment of the present invention is a method of manufacturing a
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.
12: 압축기 14: 연소기
17: 연료 공급관 100: 기화기
110: 관 부재 120: 접촉 면적 증대부
121: 요입홈 W: 요입홈의 폭12: compressor 14: combustor
17: fuel supply pipe 100: vaporizer
110: pipe member 120: contact area increasing portion
121: Concave groove W: Width of concave groove
Claims (6)
상기 연료가 통과하면서 기화되는 길다란 형상의 관 부재; 및
상기 관 부재의 내부에 구비되며 상기 연료와의 접촉 면적을 증대시키는 접촉 면적 증대부;
를 포함하고,
상기 관 부재의 내부에는 상기 연료 공급관이 삽입되고,
상기 연료 공급관의 배출단은 상기 관 부재의 내부의 상류 영역에 위치되는
가스터빈엔진용 기화기.A vaporizer for a gas turbine engine for vaporizing fuel supplied from a fuel supply pipe,
An elongated tubular member that is vaporized while passing through the fuel; And
A contact area increasing unit provided inside the tubular member for increasing a contact area with the fuel;
Lt; / RTI >
The fuel supply pipe is inserted into the pipe member,
And a discharge end of the fuel supply pipe is located in an upstream region of the interior of the pipe member
Vaporizers for gas turbine engines.
상기 접촉 면적 증대부는,
상기 관 부재의 내면에 구비되는
가스터빈엔진용 기화기.The method of claim 1,
The contact area increasing unit may include:
The tubular member
Vaporizers for gas turbine engines.
상기 접촉 면적 증대부는,
상기 관 부재의 내면에 홈 형태로 요입되어 형성되는 요입홈인
가스터빈엔진용 기화기.3. The method of claim 2,
The contact area increasing unit may include:
And an annular groove formed in the inner surface of the tube member
Vaporizers for gas turbine engines.
상기 요입홈은,
상기 연료가 모세관 현상을 통해 상기 요입홈에 유입되도록 그 폭이 정해지는
가스터빈엔진용 기화기.4. The method of claim 3,
Wherein the concave-
The width of which is determined so that the fuel flows into the concave groove through the capillary phenomenon
Vaporizers for gas turbine engines.
상기 관 부재의 단면은 환 형상을 가지고
상기 요입홈은,
상기 관 부재의 내주면에 나선 형상으로 연이어 형성되는
가스터빈엔진용 기화기.4. The method of claim 3,
The cross section of the tubular member has a ring shape
Wherein the concave-
And is formed continuously in a spiral shape on the inner peripheral surface of the tubular member
Vaporizers for gas turbine engines.
3D 프린팅 기법을 이용하여 상기 가스터빈엔진용 기화기의 상기 관 부재와 상기 접촉 면적 증대부를 제조하는
가스터빈엔진용 기화기의 제조 방법.A method for manufacturing a vaporizer for a gas turbine engine according to any one of claims 1 to 5,
And manufacturing the tubular member and the contact area increasing portion of the vaporizer for the gas turbine engine using a 3D printing technique
A method for manufacturing a vaporizer for a gas turbine engine.
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