KR102197775B1

KR102197775B1 - 터빈엔진용 압축 조립체

Info

Publication number: KR102197775B1
Application number: KR1020157010049A
Authority: KR
Inventors: 쟝-프랑소와 에스큐렛; 삐에로 비스카이; 귈로메 세베스트레
Original assignee: 사프란 헬리콥터 엔진스
Priority date: 2012-11-09
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2021-01-04
Also published as: IN2015DN03015A; RU2015115157A; CA2887119A1; KR20150082223A; WO2014072642A1; FR2998012A1; CN104884816B; EP2917590A1; US20150275681A1; FR2998012B1; US10352179B2; RU2651103C2; JP6352284B2; CA2887119C; PL2917590T3; CN104884816A; JP2015535049A; EP2917590B1

Abstract

터빈엔진 특히 터보샤프트 엔진을 위한 압축 조립체로서, 공기 유동을 수용할 수 있는 공기 유입구 덕트를 포함하고, 상기 공기 유입구 덕트의 배출이 형성되는 적어도 하나의 이동가능한 압축기 휠(115)을 포함한 적어도 하나의 공기 압축 단을 포함하며, 상기 이동가능한 압축기 휠(115)의 상류 위치에서 상기 공기 유입구 덕트에 배열되어 상기 이동가능한 압축기 휠의 유입구에서 상기 공기 유동의 공기 속도를 조정하고 복수 개의 가변 셋팅 베인(110)들을 포함한 예비회전 그릴(105)을 포함하는 압축 조립체에 있어서, 상기 압축 조립체는 상기 그릴(105)을 형성하는 2개의 연속적인 베인(110)들 사이의 피치(S2)는 선호적으로 공기 유입구 덕트의 상측 부분에서 공기 덕트의 주어진 높이에서 2개의 베인(110)들 중 한 개의 익현(C2)보다 큰 것을 특징으로 한다.

Description

터빈엔진용 압축 조립체{COMPRESSION ASSEMBLY FOR A TURBINE ENGINE}

본 발명은 특히, 항공기용 터빈 엔진의 기술분야에 관한 것이다. 본 발명은 좀더 구체적으로, 터빈 엔진 특히 헬리콥터 터보샤프트(turboshaft) 엔진을 위한 압축 조립체 및 상기 형태의 조립체를 가진 터빈 엔진에 관한 것이다.

종래기술에 의하면, 터보샤프트 엔진은, 공기 유입구 덕트 및 적어도 하나의 공기 압축 단(stage)를 포함한 압축 조립체를 포함하고, 상기 압축기는 상기 유입구 덕트의 배출이 이루어지는 적어도 하나의 이동가능한 압축기 휠(compressor wheel)을 포함한다.

상기 형태의 압축 조립체들은 흔히 서지 라인(surge line)이라고 언급되는 항공역학적 안정 한계(aerodynamic stability limit)를 가지며, 상기 한계는 특히 터보샤프트 엔진의 가속 성능을 제한한다. 낮은 작동 속도에서, 상기 압축 조립체의 항공역학적 안정 한계는 제1 압축 단의 항공역학적 과부하(overload)와 관련되어, 과도한 공기 유동 충격이 제1 이동가능한 휠에 도달한다.

출원인에 의해 출원된 특허 출원 제FR 2970508호에 설명된 공지의 해결방법은, 제1 이동가능한 압축기 휠의 상류 위치에서 상기 터보샤프트 엔진의 공기 유입구 덕트내에 예비 회전 그릴(pre-rotation grille)로서 설명되는 그릴을 장착하고 상기 그릴을 상기 제1 이동가능한 휠의 회전 방향을 향하게 하여 상기 제1 이동가능한 휠에 도달하는 공기 유동의 충격을 감소시키는 것이다.

상기 형태의 예비 회전 그릴은, 가변 피치 베인(variable-pitch vane)으로서 설명되고 방향을 정할 수 있는(orientable) 유입구 안내 베인들을 포함하고, 상기 유입구 안내 베인들은 케이싱에 장착되고 상기 공기 유입구 덕트 내에 균일하게 분포된다. 상기 그릴이 셋팅되고 즉, 제어 링에 의해 상기 베인들의 방향이 정해지고 이에 따라 이동가능한 휠의 유입구에서 공기 유동의 속도가 조절될 수 있어서, 제1 이동가능한 휠에 도달하는 공기 유동의 충격을 적응시킨다.

상기 예비 회전 그릴의 공지된 배열은 상기 베인들의 예비회전 각도 및 따라서 공기 유동의 방향 각도가 공기 덕트 내에서 높이에 따라 변화할 수 있도록 그릴의 베인들을 배열하는 것을 포함하고, 상기 공기 유동의 방향 각도는 공기 덕트의 주어진 높이에서 예비회전 그릴의 베인에 의해 공기 유동의 상대적인 편향(deflection)으로 정의된다. 다시 말해서, 상기 예비회전 각도는 공기 유동의 편향 방향과 압축 조립체의 종방향 축 사이의 각도를 의미하며, 또한, 공기 유동의 방향 각도는 터보샤프트 엔진의 샤프트에 대한 공기 유입구 덕트 내부의 반경 방향 거리에 따라 변화한다.

도 1 내지 도 3은, 종래 기술을 따르고 이동가능한 압축기 휠(15)의 2개의 블레이드(20)들 및 예비 회전 그릴(5)의 2개의 베인(10)들로 구성된 조립체의 헤드 부분을 개략적으로 도시한 단면도이다. 상기 예비 회전 그릴(5)을 형성하는 연속적인 베인(10)들은 "피치(pitch)"라고 설명되는 거리(S1)만큼 떨어져 이격된다. 각각의 베인(10)은 곡선 단면을 가지고 상기 베인(10)의 상류 위치 단부와 하류 위치 단부 사이에서 즉 상기 베인(10)의 리딩 변부 및 트레일링 변부 사이에서 익현(chord)(C1)을 형성한다.

상기 예비 회전 그릴(5)이 상기 압축기의 높은 작동 속도에서 개방될 때, 예를 들어, 0°에 해당하는 예비 회전 그릴(5)의 제어 링(도시되지 않음)의 세팅각에 대하여 상기 예비 회전 그릴(5)의 베인(10)들이 갖는 예비회전 각도는 일반적으로 공기 덕트의 하부에서 약 0° 내지 (축 X-X에 대해) 공기 덕트 위에서 약 15°까지의 값들 사이에 있다. 상기 그릴로 유입되는 공기 유동(F)은 따라서, 상기 베인들의 예비회전 각도와 근사하고 그릴의 유출구에서 절대속도(V₁)에서 공기 덕트 내부의 높이에 따라 0° 내지 15°인 방향 각도(α1)만큼 편향되고, (축 X'X를 따르는) 축방향 성분은 Vz1이다. 상기 예비 회전 그릴(5)의 셋팅이 압축기의 높은 작동 속도에서 특히, 헬리콥터 터보샤프트 엔진의 경우 이륙 과정과 같이 최대 작동 속도에서 이용된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 압축기가 낮은 작동 속도에 있을 때, 상기 예비 회전 그릴(5)은 적어도 부분적으로 밀폐되어 공기역학적 부하를 감소시키고, 압축기의 서지 라인(surge line)을 낮은 유동율을 향해 이동시키는 동시에 상기 작동 라인을 높은 유동율을 향해 이동시켜서 상기 터보샤프트 엔진은 높은 가속 능력을 가질 수 있다. 상기 배열에서, 일반적으로 상기 예비 회전 그릴(5)의 (도면에 도시되지 않은) 제어 링은 약 65°와 같은 값으로 설정되고, 상기 예비 회전 그릴(5)의 베인(10)들이 가지는 예비 회전각도는 공기 덕트 내부의 유동 높이에 따라 65°내지 80°이다.

상기 터보샤프트 엔진이 높은 작동 속도를 가질 때(개방된 그릴) 상기 공기 덕트 위에서 압축기의 제1 이동가능한 휠(15)에 도달하는 공기 유동의 상대 속도(W1)가 높아서 예를 들어, 상기 이동가능한 휠의 헤드 부분에서 상대 마하(Mach) 크기가 1.4이면, 상기 이동가능한 휠(15)의 유입구에서 공기의 상대 속도(W1)를 상당히 감소시키고 따라서 압축 효율을 상당히 개선시키기 위해 상기 예비 회전 그릴(5)의 베인(10)이 갖는 예비 회전 각도는 상기 공기 덕트 위에서 15°위로 예를 들어, 20°까지 증가되어야 한다.

그러나, 상기 배열에서 상기 예비 회전 그릴(5)이 도 2에 도시된 것처럼 저속에서 약 65°와 같은 상기 예비 회전 그릴(5)의 밀폐값으로 설정되면, 상기 베인들의 예비회전 각도는 상기 공기 덕트 위에서 약 85°에 도달하고 즉, 공기 유동은 상기 공기 덕트의 최상부 특히 상기 베인(10)의 원위 단부 영역에서 베인(10)에 의해 약 85°에 근사한 방향 각도(α1)만큼 휘어진다. 이 경우, 상기 공기 덕트 위에서 상기 예비 회전 그릴(5)의 유출구에서 축(X-X)을 따라 공기 유동의 축방향 속도(Vz1)는 작아져서 압축기의 이동가능한 휠(15)에 형성된 블레이드(20)들은 공기역학적으로 오작동을 일으킬 수 있다. 다시 말해, 공기의 경계층들은 더이상 상기 이동가능한 휠(15)의 블레이드들이 가지는 헤드 프로파일(head profiles) 형상에 붙어 있지 못해서, 흔히 회전 실속(rotating stall)이라고 언급되는 공기역학적 실속이 상기 이동가능한 휠(15)내에서 발생하여 압축기의 공기역학적 안정성에 손상을 주고 따라서 문제가 된다.

상기 문제를 해결하기 위한 직접적인 방법은, 약 50° 또는 60°와 같이 저속에서 상기 제어 링을 낮은 값으로 조정하여 상기 예비 회전 그릴을 약간 더 작은 값으로 밀폐하고 공기 덕트 위에서 상기 공기 유동의 축방향 속도(Vz1)를 증가시키는 것이다. 그러나, 상기 조정은 공기 덕트의 나머지 높이에 대해 공기 유동의 방향 각도를 감소시키므로 문제가 된다.

본 발명의 목적은, 터보샤프트 엔진의 높은 작동 속도에서 상기 공기 덕트 위에서 베인의 예비 회전각도를 15°보다 크게 증가시켜서 현존하는 예비회전 그릴의 구조를 개선하고 상기 터보샤프트 엔진의 낮은 작동 속도에서 이동가능한 휠의 블레이드들에서 공기역학적인 오작동을 방지하는 것이다.

본 발명이 항공기용 터보샤프트 엔진을 위해 개발되었지만, 본 발명은 본 발명은, 터보샤프트 엔진, 터보젯 엔진, 보조 동력 유닛(auxiliary power units)(APU), 지상 터빈엔진, 터보 압축기 등 내부의 압축 조립체와 같이 예비 회전 그릴을 포함한 터빈엔진의 모든 압축 조립체에 관련된다. 본 발명은 또한 축방향(axial), 원심(centrifugal), 혼합식 등이건 간에 모든 형태의 압축기에 관련된다.

그러므로, 본 발명은 터빈엔진 특히 터보샤프트 엔진을 위한 압축 조립체로서, 공기 유동을 수용할 수 있는 공기 유입구 덕트를 포함하고, 상기 공기 유입구 덕트의 배출이 형성되는 적어도 하나의 이동가능한 압축기 휠을 포함한 적어도 하나의 공기 압축 단을 포함하며, 상기 이동가능한 압축기 휠의 상류 위치에서 상기 공기 유입구 덕트에 배열되어 상기 이동가능한 압축기 휠의 유입구에서 상기 공기 유동의 공기 속도를 조절하고 복수 개의 가변 셋팅 베인들을 포함한 예비회전 그릴을 포함하는 압축 조립체에 있어서, 상기 그릴을 형성하는 2개의 연속적인 베인들사이의 피치는 상기 공기 덕트의 주어진 높이에서 2개의 베인들 중 1개의 익현보다 큰 것을 특징으로 한다.

상기 "익현(chord)"은 연속적으로 배열된 그릴의 두 베인들에서 동일한 두 지점들사이의 거리를 의미한다. 상기 "익현"은, 상류 위치 단부와 하류 위치 단부사이에서 연장되는 부분 및 상기 예비 회전 그릴의 베인 사이 즉, 상기 리딩 변부의 단부 및 상기 예비 회전 그릴의 베인이 가지는 트레일링 변부의 단부 사이의 거리를 의미한다. 상기 "상류 위치" 및 "하류 위치"는 터빈 엔진내에서 순환하는 공기 유동의 방향에 관한 것이다.

연속적인 2개의 베인들 사이의 피치는 상기 공기 덕트의 상측 부분 예를 들어, 상기 베인들의 원위 단부 영역에서 2개의 베인들 중 한 개의 익현보다 큰 것이 유리하다. 상기 "공기 덕트의 상측 부분"은 상기 터보샤프트 엔진의 종방향 축으로부터 반경 방향을 향해 가장 멀리 떨어진 공기 덕트의 부분을 의미한다. 상기 "공기 덕트 위에서"는, 상기 터보샤프트 엔진의 종방향 축에 대해서 상기 베인의 원위 단부를 의미한다. 유사하게, 상기 "덕트의 하측 부분"은 상기 터보샤프트 엔진의 종방향 축과 가장 가까운 덕트의 일부분을 의미한다. "공기 덕트의 하부"는 상기 터보샤프트 엔진의 종방향 축에 대한 베인의 근위 단부를 의미한다.

종래기술에 의하면, 상기 예비 회전 그릴을 형성하는 연속적인 2개의 베인들이 가지는 원위 단부들 사이의 피치는 상기 그릴의 한쪽 베인이 가지는 익현보다 작거나 동일하다. 다시 말해, 상기 익현에 대하 상기 피치의 비율(S1/C1)은 0.9 내지 1이다. 따라서 상기 그릴의 베인들은 부분적으로 상기 그릴의 밀폐위치에 중첩되어 저속에서 공기 유동의 축방향 속도를 상당히 감소시키고 상기 공기역학적인 오작동을 일으킨다.

본 발명을 따르는 압축 조립체에 있어서, 상기 그릴이 가지는 연속적인 2개의 베인들 사이의 피치가 2개의 베인들 중 1개가 가지는 익현보다 크기 때문에, 상기 베인들은 종래기술과 같이 그릴의 밀폐위치에서 서로를 덮지않고 따라서 (상기 예비 회전 그릴이 상당히 개방되도록 설정된 상태에서) 상기 압축기 단의 높은 작동 속도에서 예비 회전 각도가 상기 공기 덕트의 상측 부분에서 15°보다 크게 형성되는 베인들이 이용될 수 있고 (상기 예비 회전 그릴이 상당한 정도로 밀폐되도록 설정된 상태에서) 이동가능한 압축기 휠은 저속에서 효율적인 공기 역학적 작동이 허용된다.

본 발명에 의하면, 상기 예비 회전 그릴이 압축단의 높은 작동 속도에서 개방 작동 위치에 있을 때 예를 들어, 상기 그릴의 제어 링이 가지는 0°의 셋팅값에 대하여 상기 베인들의 예비 회전각도는 공기 덕트의 상측 부분 특히 공기 덕트의 원위 단부 영역에서 15°보다 크거나 15°내지 25°가 선호된다. 그러므로, 제1 이동가능한 압축기 휠에 도달하는 공기 유동의 상대 속도가 높아서 예를 들어, 상기 이동가능한 휠의 헤드 부분에서 관련 마하(Mach) 수가 1.4보다 클 때, 상기 공기 덕트의 상측 부분에서 상기 그릴의 베인들이 가지는 예비 회전 각도의 범위에 의해 상기 압축기의 최대 작동 속도에서 공기 유동의 상대속도는 충분히 감소될 수 있어서 압축단의 효율은 상당히 개선된다.

예를 들어, 그릴의 제어 링이 가지는 65°의 셋팅값에 대해 압축단의 저속에서 상기 예비 회전 그릴이 밀폐 작동 위치에 있을 때, 상기 베인들의 예비 회전 각도가 상기 공기 덕트의 상측 부분에서 특히 공기 덕트의 원위 단부 영역에서 80° 내지 90°인 것이 선호된다. 이 경우, 연속적인 2개의 베인들 사이의 피치가 베인의 익현보다 크면, 그릴의 상기 밀폐위치에서 상기 베인들의 이격 거리에 의하여, 상기 예비회전 그릴의 제어 링의 동일한 셋팅을 위한 종래기술의 조립체에서 형성되는 유동의 축방향 속도보다 큰 공기 유동의 축방향 속도가 구해질 수 있다. 다시 말해, 베인들의 상기 이격 거리에 의해 상기 예비 회전 그릴을 통과하는 공기 유동의 축방향 속도는 증가될 수 있고 상당히 밀폐되어, 상기 이동가능한 압축기 휠의 블레이드들의 공기역학적 오작동을 방지한다.

그릴의 베인들이 상기 터빈 엔진의 샤프트에 대해 반경 방향으로 연장되고, 상기 예비 회전 그릴의 베인들이 가지는 예비 회전 각도가 공기 덕트 내에서 반경 방향 거리에 따라 변화하도록 구성되는 것이 선호된다.

그릴의 제어 링이 가지는 0°의 셋팅값에 대하여, 상기 예비회전각도는 상기 공기 덕트의 하부에서 약 0°이고 즉 터보샤프트 엔진의 샤프트와 반경 방향으로 가장 가깝게 위치하며 공기 덕트 위에서 약 25°이며 즉 상기 터보샤프트 엔진의 샤프트와 반경 방향으로 가장 멀리 위치하는 것이 선호된다.

본 발명에 의하면, 상기 베인의 익현은 상기 예비 회전 그릴의 복수 개의 베인들에 대해 일정하다.

본 발명의 특징에 의하면, 상기 예비 회전 그릴은 공기 유입구 덕트의 반경 방향 부분, 곡선 부분 또는 축방향 부분에 배열된다. 상기 "반경 방향 부분" 및 "축방향 부분"은 터빈 엔진의 샤프트에 관한 것이다.

상기 베인들은 공기 유입구 덕트 내에서 균일하게 분포되도록 배열되는 것이 유리하다. 다시 말해, 그릴의 베인들 사이의 피치는 일정하다.

본 발명은 또한, 특히 헬리콥터와 같은 항공기용 터보샤프트 엔진과 같은 터빈 엔진으로서, 공기 유동을 수용할 수 있는 공기 유입구 덕트를 포함하고, 상기 공기 유입구 덕트의 배출이 형성되는 적어도 하나의 이동가능한 압축기 휠을 포함한 적어도 하나의 공기 압축 단을 포함하며, 상기 이동가능한 압축기 휠의 상류 위치에서 상기 공기 유입구 덕트에 배열되어 상기 이동가능한 압축기 휠의 유입구에서 상기 공기 유동의 공기 속도를 조절하고 복수 개의 가변 셋팅 베인들을 포함한 예비회전 그릴을 포함하는 항공기용 터빈엔진에 있어서, 상기 그릴을 형성하는 2개의 연속적인 베인들 사이의 피치는 상기 공기 덕트의 주어진 높이 선호적으로 상측 부분에서 2개의 베인들 중 한 개의 익현보다 큰 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한, 공기 유동을 수용할 수 있는 공기 유입구 덕트를 포함하고, 상기 공기 유입구 덕트의 배출이 형성되는 적어도 하나의 이동가능한 압축기 휠을 포함한 적어도 하나의 공기 압축 단을 포함하며, 상기 이동가능한 압축기 휠의 상류 위치에서 상기 공기 유입구 덕트에 배열되어 상기 이동가능한 압축기 휠의 유입구에서 상기 공기 유동의 공기 속도를 조절하고, 복수 개의 가변 셋팅 베인들을 포함한 예비 회전 그릴을 포함하며 상기 압축 조립체의 예비 회전 그릴을 제어하기 위한 방법에 있어서, 상기 그릴을 형성하는 2개의 연속적인 베인들 사이의 피치가 선호적으로 상기 공기 덕트의 상측 부분에서 특히 공기 덕트의 원위 단부 영역에서 상기 공기 덕트의 주어진 높이에서 2개의 베인들 중 한 개의 익현보다 크기 때문에, 상기 예비 회전 그릴의 베인들은 압축단의 저속에서 80°내지 90°의 예비 회전각도로 배열되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한, 공기 유동을 수용할 수 있는 공기 유입구 덕트를 포함하고, 상기 공기 유입구 덕트의 배출이 형성되는 적어도 하나의 이동가능한 압축기 휠을 포함한 적어도 하나의 공기 압축 단을 포함하며, 상기 이동가능한 압축기 휠의 상류 위치에서 상기 공기 유입구 덕트에 배열되어 상기 이동가능한 압축기 휠의 유입구에서 상기 공기 유동의 공기 속도를 조절하고, 복수 개의 가변 셋팅 베인들을 포함한 예비 회전 그릴을 포함하며 상기 압축 조립체의 예비 회전 그릴을 제어하기 위한 방법에 있어서, 상기 그릴을 형성하는 2개의 연속적인 베인들 사이의 피치가 선호적으로 상기 공기 덕트의 상측 부분에서 특히 공기 덕트의 원위 단부 영역에서 상기 공기 덕트의 주어진 높이에서 2개의 베인들 중 한 개의 익현보다 크기 때문에, 상기 예비 회전 그릴의 베인들은 압축단이 높은 작동 속도를 가질 때 공기 덕트의 상측 부분에서 15°보다 크거나 15°내지 25°가 선호되는 예비 회전 각도로 배열되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징들과 장점들이 본 발명을 제한하지 않는 예로서 주어진 첨부 도면들을 참고하여 하기 설명에서 이해되고, 동일한 구성요소들은 동일한 도면부호들을 갖는다.

도 1은, 예비 회전 그릴이 개방위치에 있을 때, 종래기술의 터보샤프트 엔진의 이동가능한 휠이 가지는 2개의 블레이드들 및 예비 회전 그릴이 가지는 2개의 블레이드들에 의해 형성되는 조립체를 도시한 단면도.
도 2는, 상기 예비 회전 그릴이 밀폐 위치에 있을 때 도 1에 도시된 조립체를 도시한 단면도.
도 3은, 종래기술을 따르는 예비 회전 그릴의 베인들의 배열을 도시한 단면도.
도 4는, 본 발명을 따르는 예비 회전 그릴의 베인들의 배열을 도시한 단면도.
도 5는, 예비 회전 그릴이 밀폐위치에 있을 때, 본 발명을 따르는 터보샤프트 엔진의 이동가능한 휠이 가지는 2개의 블레이드들 및 예비 회전 그릴이 가지는 2개의 블레이드들에 의해 형성되는 조립체를 도시한 단면도.

본 발명은 헬리콥터 터보샤프트 엔진과 관련하여 본 발명이 구성되더라도, 본 발명은 예비 회전 그릴을 포함하고, 터보샤프트 엔진, 터보젯 엔진, 보조 동력 유닛(auxiiliary power units)(APU), 지상 터빈엔진, 터보 압축기 등 내부의 모든 압축 조립체내에서 이용될 수 있다.

본 발명은 또한 축방향(axial), 원심(centrifugal), 혼합식 등이건 간에 모든 형태의 압축기에 관련된다.

본 발명을 따르는 터보엔진의 압축 조립체는 공기 유동을 수용할 수 있는 공기 유입구 덕트, 상기 덕트로부터 배출이 형성되고 이동가능한 압축기 휠 및 예비 회전 그릴을 포함한다. 상기 예비 회전 그릴은 상기 이동가능한 압축기 휠의 상류 위치에서 공기 유입구 덕트내에 배열되어, 상기 이동가능한 휠을 향하는 상류 위치의 공기 유동을 수정하고 상기 이동가능한 휠에 대해 상기 유입구의 속도를 조절한다. 상기 그릴(grille)은, 상기 터빈 엔진의 축에 대해 반경 방향으로 연장되고 상기 터빈 엔진의 축과 수직인 동일한 횡 방향 평면에 배열되는 복수 개의 가변 셋팅 베인(variable-setting vanes)을 포함한다.

상기 터빈 엔진이 작동하는 동안 공기는 공기 유입구 덕트를 관통하여 상기 예비 회전 그릴을 통과하고 이동가능한 압축기 휠까지 전달된다. 상기 이동가능한 압축기 휠에 의해 압축되는 공기 유동은 다음에 연소실 내부로 주입되어 연소실 내부의 연료와 혼합되고 연소된 후에 하나 이상의 터빈을 회전시키기 위한 운동에너지를 공급한다.

상기 터빈 엔진은 물론 상기 연소실과 제1 압축 단 사이에 배열된 다른 압축 단들을 포함할 수 있다.

도 4 및 도 5는, 본 발명을 따르는 예비 회전 그릴(105)의 2개의 베인(110)들의 배열을 도시한다. 상기 예비 회전 그릴(105)을 제어하기 위한 (도면에 도시되지 않은) 수단을 이용하여 터빈엔진의 회전속도에 의존하고 상기 베인(10)의 개폐를 위한 셋팅 법칙에 따라 상기 예비 회전 그릴(105)의 베인(110)들은 방향이 정해질 수 있다. 상기 셋팅 법칙은 작동 라인과 서지 라인(surge line) 사이에 최소 서지 마진(minimum surge margin)을 보장하도록 조정된다.

상기 그릴(105)의 베인(110)들은 피치(S2)만큼 이격되고 베인들의 상류 위치 및 하류 위치 단부들 사이에서 즉, 리딩 변부(leading edge)와 트레일링 변부(trailing edge) 사이에서 익현(chord)(C2)을 형성하는 곡률을 갖는다.

도 5에 도시된 바와 같이, 예비 회전 그릴(105)은, 전체적인 공기 유동 방향(F)을 향해 이동가능한 압축기 휠(115)의 블레이드(120)의 상류 위치에 배열된다. 상기 이동가능한 압축기 휠(115)은 속도 벡터(U)에 따라 회전하여 상기 예비 회전 그릴에 의해 편향되는 공기 유동을 가속시킨다.

본 발명에 의하면, 상기 그릴(105)이 가지는 2개의 연속적인 베인(110)들 사이의 피치(S2)는 상기 공기 덕트 위에서 상기 그릴(105)의 베인(110)들이 가지는 익현(C2)보다 커서, 상기 베인(110)들은 상기 그릴(105)이 밀폐되는 위치에서 서로를 덮지 않는다. 상기 익현(C2)에 대한 피치(S2)의 비율, 즉 매개변수 (S2/C2)는 1 내지 1.5일 수 있다.

따라서, 상기 압축기가 높은 작동 속도를 가질 때(개방된 그릴), 상기 공기 덕트 위에서 15°내지 25°의 값을 가지는 공기 유동의 예비회전 각도(α2)에 의해 상기 이동가능한 압축기 휠(115)에 대한 유입구에서 공기의 상대 속도(W2)는 상당히 감소되고 따라서 압축기 단의 효율은 상당히 개선될 수 있다.

상기 압축기가 낮은 작동 속도를 가질 때(밀폐된 그릴), 상기 공기 덕트 위에서 80°내지 90°의 값을 가지는 베인의 예비회전 각도에도 불구하고, 상기 공기 유동은 상대적으로 작은 예비회전 각도(α2)를 가질 수 있고 따라서 충분히 높은 축방향 속도(Vz2)가 유지되어, 상기 예비 회전 그릴(105)이 밀폐될 때 저속으로 운동하는 이동가능한 압축기 휠(115)의 공기역학적 오동작이 상당히 방지된다.

사실 도 5에 도시된 것처럼, 종래기술에 비하여 증가된 피치(S2)를 이용하면, 베인(110)의 리딩 변부(BA) 및 예비 회전 그릴(105)의 연속적인 베인(110)이 가지는 트레일링 변부(BF) 사이에서 순환하는 공기 유동의 편향(deflection)은 제한될 수 있다.

115.....이동가능한 압축기 휠,
110.....베인,
105.....예비회전 그릴,
S2.....피치,
C2.....익현.

Claims

터빈엔진용 압축 조립체로서, 상기 압축 조립체는
종방향 축을 가지며, 상기 압축 조립체는
공기 유동을 수용할 수 있는 공기 유입구 덕트를 포함하고,
상기 공기 유입구 덕트의 배출이 형성되는 하나 이상의 이동가능한 압축기 휠(115)을 포함한 하나 이상의 공기 압축 단을 포함하며, 상기 이동가능한 압축기 휠(115)은 상기 압축 조립체의 종방향 축에 평행한 회전 축을 포함하고,
상기 이동가능한 압축기 휠의 유입구에서 상기 공기 유동의 공기 속도를 조절하기 위하여 상기 이동가능한 압축기 휠(115)의 상류 위치에서 상기 공기 유입구 덕트에 배열된 예비회전 그릴(105)을 포함하고, 상기 예비회전 그릴(105)은 복수 개의 가변 셋팅 베인(110)을 포함하고, 상기 예비회전 그릴(105)의 유출구에서의 공기 유동이 편향 방향으로 유동하고,
상기 그릴(105)의 2개의 연속적인 베인(110)들 사이의 피치(S2)는 상기 공기 유입구 덕트의 상측 부분에서 공기 유입구 덕트의 주어진 높이에서 2개의 베인(110)들 중 하나의 베인의 익현(C2)보다 크고, 상기 예비 회전 그릴(105)이 압축단의 저속에서 밀폐 작동 위치에 있을 때 상기 베인(110)들의 예비회전 각도는 상기 공기 유입구 덕트의 상측 부분에서 80° 내지 90°이고, 상기 예비회전 각도는 공기 유동의 편향 방향과 압축 조립체의 종방향 축 사이의 각도인 것을 특징으로 하는 압축 조립체.
제1항에 있어서, 상기 예비 회전 그릴(105)이 압축단의 고속에서 개방 작동 위치에 있을 때 베인(110)들의 예비회전 각도는 공기 유입구 덕트의 상측 부분에서 15°내지 25°인 것을 특징으로 하는 압축 조립체.
제1항에 있어서, 상기 예비 회전 그릴(105)의 베인(110)들의 예비회전 각도는 공기 유입구 덕트 내에서 반경 방향 거리에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 압축 조립체.
제3항에 있어서, 상기 예비회전 각도는 상기 공기 유입구 덕트의 하부에서 0°이고 0°인 그릴의 제어 링의 셋팅값에 대하여 공기 유입구 덕트 위에서 25°인 것을 특징으로 하는 압축 조립체.
제1항에 있어서, 상기 베인(110)의 익현(C2)은 상기 예비 회전 그릴(105)의 복수 개의 베인(110)들에 대해 일정한 것을 특징으로 하는 압축 조립체.
제1항에 있어서, 상기 베인(110)들은 공기 유입구 덕트 내에서 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는 압축 조립체.
종방향 축을 갖는 항공기용 터빈엔진으로서, 상기 터빈엔진은
공기 유동을 수용할 수 있는 공기 유입구 덕트를 포함하고,
상기 공기 유입구 덕트의 배출이 형성되는 하나 이상의 이동가능한 압축기 휠(115)을 포함한 하나 이상의 공기 압축 단을 포함하며, 상기 이동가능한 압축기 휠(115)은 상기 압축 조립체의 종방향 축에 평행한 회전 축을 포함하고,
상기 이동가능한 압축기 휠의 유입구에서 상기 공기 유동의 공기 속도를 조절하기 위하여 상기 이동가능한 압축기 휠(115)의 상류 위치에서 상기 공기 유입구 덕트에 배열된 예비회전 그릴(105)을 포함하고, 상기 예비회전 그릴(105)은 복수 개의 가변 셋팅 베인(110)을 포함하고, 상기 예비회전 그릴(105)의 유출구에서의 공기 유동이 편향 방향으로 유동하고,
상기 그릴(105)의 2개의 연속적인 베인(110)들 사이의 피치(S2)는 상기 공기 유입구 덕트의 상측 부분에서 공기 유입구 덕트의 주어진 높이에서 2개의 베인(110)들 중 하나의 베인의 익현(C2)보다 크고, 상기 예비 회전 그릴(105)이 압축단의 저속에서 밀폐 작동 위치에 있을 때 상기 베인(110)들의 예비회전 각도는 상기 공기 유입구 덕트의 상측 부분에서 80° 내지 90°이고, 상기 예비회전 각도는 공기 유동의 편향 방향과 압축 조립체의 종방향 축 사이의 각도인 것을 특징으로 하는 항공기용 터빈엔진.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 압축 조립체의 예비 회전 그릴(105)을 제어하기 위한 방법으로서, 상기 압축 조립체는 종방향 축을 가지며, 상기 압축 조립체는
공기 유동을 수용할 수 있는 공기 유입구 덕트를 포함하고,
상기 공기 유입구 덕트의 배출이 형성되는 하나 이상의 이동가능한 압축기 휠(115)을 포함한 하나 이상의 공기 압축 단을 포함하며, 상기 이동가능한 압축기 휠(115)은 상기 압축 조립체의 종방향 축에 평행한 회전 축을 포함하고,
상기 이동가능한 압축기 휠의 유입구에서 상기 공기 유동의 공기 속도를 조절하기 위하여 상기 이동가능한 압축기 휠(115)의 상류 위치에서 상기 공기 유입구 덕트에 배열된 예비회전 그릴(105)을 포함하고, 상기 예비회전 그릴(105)은 복수 개의 가변 셋팅 베인(110)을 포함하고, 상기 예비회전 그릴(105)의 유출구에서의 공기 유동이 편향 방향으로 유동하고,
상기 그릴(105)의 2개의 연속적인 베인(110)들 사이의 피치(S2)는 상기 공기 유입구 덕트의 상측 부분에서 공기 유입구 덕트의 주어진 높이에서 2개의 베인(110)들 중 하나의 베인의 익현(C2)보다 크고, 상기 방법은 압축단의 저속에서 상기 예비 회전 그릴(105)의 상기 베인(110)들을 80° 내지 90°의 예비회전 각도로 배열하는 단계를 포함하고, 상기 예비회전 각도는 공기 유동의 편향 방향과 압축 조립체의 종방향 축 사이의 각도인 것을 특징으로 하는 압축 조립체의 예비 회전 그릴을 제어하기 위한 방법.
제8항에 있어서, 상기 방법은 압축단이 높은 작동 속도를 가질 때 공기 유입구 덕트의 상측 부분에서 15°내지 25°의 예비회전 각도로 예비 회전 그릴(105)의 베인(110)들을 배열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.