KR102268593B1 - 슬링거 연소기 및 이를 구비한 가스 터빈 엔진 시스템 - Google Patents

슬링거 연소기 및 이를 구비한 가스 터빈 엔진 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 슬링거 연소기와 이를 구비한 가스 터빈 엔진 시스템을 개시한다. 본 발명은 압축기와 연결되어 압축 공기를 공급하는 제1 압축 공기 라인과, 연료 저장부와 연결되어 연료를 공급하는 제1 연료 라인과, 제1 방향을 중심으로 회전하면서 상기 제1 연료 라인에서 유입된 상기 연료를 반경방향으로 분사하는 회전축과, 상기 회전축에서 분사된 상기 연료가 유입되고, 상기 제1 압축 공기 라인에서 상기 압축 공기가 유입되는 주연소 챔버 및 상기 주연소 챔버의 일측에 설치되고, 내부공간에 발생한 화염을 상기 주연소 챔버로 선택적으로 배출하는 부연소 챔버를 포함한다.

Description

슬링거 연소기 및 이를 구비한 가스 터빈 엔진 시스템{Slinger combustor and gas turbine engine system}
본 발명은 장치 및 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 슬링거 연소기와 이를 구비한 가스 터빈 엔진 시스템에 관한 것이다.
가스 터빈은 고온고압의 연소가스로 터빈을 가동시키는 열기관으로 일반적으로 압축기, 연소기, 터빈으로 구성된다. 압축기를 이용해서 공기를 압축시킨 후 연소기에서 연료를 분산해서 연소하고, 고온 고압의 공기가 터빈에서 팽창하면서 동력을 생산한다.
슬링거 연소기는 연료를 반경방향으로 분사하여 연료를 연소할 수 있다. 슬링거 연소기는 연소실 내부로 유입되는 압축 공기와 반경방향으로 분사된 연료를 혼합하고, 점화를 하여 고온 고압의 유동을 생성한다. 이러한 유동을 터빈으로 이동하여 터빈의 블레이드를 회전시키고, 동력을 생성할 수 있다.
슬링거 연소기는 회전축이 고속으로 회전하면서 연료를 분사하므로, 고속의 회전상태를 유지하는 것이 중요하다. 즉, 연료가 연소실에서 넓게 분포되기 위해서는 회전축의 회전속도는 고속상태를 유지해야 한다.
상기와 같이 일반적인 슬링거 연소기의 구조와 연료의 혼합성을 높이는 방법은 일본 공개특허공보 제1993-203147호(발명의 명칭: 가스 터빈 엔진 연소기)에 구체적으로 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 제 1993-203147호
본 발명의 재점화 성능이 향상된 슬링거 연소기 및 이를 구비한 가스 터빈 엔진 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면은, 압축기와 연결되어 압축 공기를 공급하는 제1 압축 공기 라인과, 연료 저장부와 연결되어 연료를 공급하는 제1 연료 라인과, 제1 방향을 중심으로 회전하면서 상기 제1 연료 라인에서 유입된 상기 연료를 반경방향으로 분사하는 회전축과, 상기 회전축에서 분사된 상기 연료가 유입되고, 상기 제1 압축 공기 라인에서 상기 압축 공기가 유입되는 주연소 챔버 및 상기 주연소 챔버의 일측에 설치되고, 내부공간에 발생한 화염을 상기 주연소 챔버로 선택적으로 배출하는 부연소 챔버를 포함하는 슬링거 연소기를 제공한다.
또한, 상기 부연소 챔버는 상기 주연소 챔버에서 연소시에 상기 압축 공기가 상기 부연소 챔버를 통과하여 상기 주연소 챔버로 유입되고, 상기 주연소 챔버에서 실화(flameout)시에 상기 화염을 생성하고 상기 주연소 챔버로 상기 화염을 토출할 수 있다.
또한, 상기 부연소 챔버는 상기 화염을 생성시에 상기 압축 공기의 유입을 차단할 수 있다.
또한, 일단이 상기 제1 압축 공기 라인에서 분지되고 타단이 상기 부연소 챔버와 연결되는 제2 압축 공기 라인 및 일단이 상기 제1 연료 라인에서 분지되고 타단이 상기 부연소 챔버와 연결되는 제2 연료 라인을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 부연소 챔버는 상기 연료가 분사되는 상기 회전축의 노즐과 마주보도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 부연소 챔버는 상기 부연소 챔버로 상기 압축 공기의 유입을 조절하는 개폐 밸브와, 상기 부연소 챔버로 상기 연료의 유입을 조절하는 제2 밸브 및 화염을 생성하는 점화 플러그를 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 압축기와, 상기 압축기와 이격되게 배치되는 연료 저장부와, 입구가 상기 압축기와 연결되고, 회전축이 제1 방향을 중심으로 회전하면서 연료를 분사하는 슬링거 연소기 및 상기 슬링거 연소기의 출구와 연결되는 터빈을 포함하고, 상기 슬링거 연소기는 상기 압축기와 연결되어 압축 공기를 공급하는 제1 압축 공기 라인과, 상기 연료 저장부와 연결되어 연료를 공급하는 제1 연료 라인과, 상기 회전축에서 분사된 상기 연료가 유입되고, 상기 제1 압축 공기 라인에서 상기 압축 공기가 유입되는 주연소 챔버 및 상기 주연소 챔버의 일측에 설치되고, 내부공간에 발생한 화염을 상기 주연소 챔버로 선택적으로 배출하는 부연소 챔버를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 슬링거 연소기 및 이를 구비한 가스 터빈 엔진 시스템은 슬링거 연소기의 구동상태를 유지하면서 재점화 할 수 있다.
또한, 슬링거 연소기의 회전축은 회전속도 강화 없이 재점화 할 수 있어, 실화 발생시에 신속하게 재점화 할 수 있으며, 에너지 손실을 최소화 할 수 있다.
또한, 선택적으로 부연소 챔버의 밸브 개도를 조절하여, 주연소 챔버의 재점화 및 부연소 챔버를 냉각 할 수 있다.
다만, 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈 엔진 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 도1의 슬링거 연소기를 도시한 단면도이다.
도 3 및 도4는 도2의 부연소 챔버의 동작을 도시한 개념도이다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈 엔진 시스템(1)을 도시한 블록도이고, 도 2는 도1의 슬링거 연소기(20)를 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 가스 터빈 엔진 시스템(1)은 압축기(10), 슬링거 연소기(20), 터빈(30) 및 연료 저장부(40)를 구비할 수 있다.
압축기(10)는 압축 공기를 슬링거 연소기(20)로 공급할 수 있다. 터빈(30)은 슬링거 연소기(20)의 출구와 연결되고, 슬링거 연소기(20)에서 고온 고압의 유체를 전달 받아 동력을 생성할 수 있다. 연료 저장부(40)는 슬링거 연소기(20)로 공급되는 연료를 저장할 수 있다.
압축기(10), 슬링거 연소기(20) 및 터빈(30)은 제1 방향을 따라 나란하게 배치될 수 있다. 터빈(30)이 생성하는 구동력을 이용하여 압축기(10)가 구동되거나, 슬링거 연소기(20)의 회전축(21)이 회전할 수 있다. 압축기(10)와 터빈(30)은 가스 터빈 엔진의 기술분야에서 통상적으로 사용되는 주지 관용의 압축기 및 터빈으로 대체할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
슬링거 연소기(20)는 회전축(21), 하우징(22), 제1 압축 공기 라인(201), 제2 압축 공기 라인(202), 제1 연료 라인(203), 제2 연료 라인(204), 주연소 챔버(210), 부연소 챔버(220) 및 컨트롤러(250)를 구비할 수 있다.
회전축(21)은 제1 방향을 중심으로 회전할 수 있으며, 연료를 반경방향으로 분사할 수 있다. 회전축(21)은 터빈(30)과 연결되어 동력을 전달받을 수 있다. 회전축(21)은 내부에 제1 연료 라인(203)이 연장되며, 제1 연료 라인(203)의 출구단이 노즐(212)과 연결되어 회전축(21)이 회전시에 연료를 주연소 챔버(210)로 분사시킬 수 있다.
제1 압축 공기 라인(201)은 압축기(10)와 주연소 챔버(210)를 연결할 수 있다. 제1 압축 공기 라인(201)은 압축기(10)에서 압축된 공기를 주연소 챔버(210)로 유입시키고, 압축 공기가 연소된 후에는 터빈(30)으로 이동할 수 있다. 제1 압축 공기 라인(201)은 일부 구간이 회전축(21)을 따라 연장될 수 있다.
제2 압축 공기 라인(202)은 제1 압축 공기 라인(201)에서 분지되며, 부연소 챔버(220)로 압축 공기를 유입시킬 수 있다. 개폐 밸브(224)는 부연소 챔버(220)로 유입되는 압축 공기 양을 조절할 수 있다.
제1 연료 라인(203)은 연료 저장부(40)에서 주연소 챔버(210)로 연료를 유입시킬 수 있다. 제1 연료 라인(203)은 슬링거 연소기(20)의 회전축(21)을 따라 연장될 수 있으며, 출구단이 회전축(21)의 노즐(212)에 연결될 수 있다. 제1 밸브(231)는 제1 연료 라인(203) 상에 배치되어 주연소 챔버(210)로 유입되는 연료의 양을 조절할 수 있다.
제2 연료 라인(204)은 제1 연료 라인(203)에서 분지되며, 부연소 챔버(220)로 연료를 유입시킬 수 있다. 제2 밸브(232)는 제2 연료 라인(204) 상에 배치되어 부연소 챔버(220)로 유입되는 연료의 양을 조절할 수 있다.
주연소 챔버(210)는 회전축(21)과 이웃하게 배치되고, 회전축(21)의 노즐(212)에서 분사된 연료가 유입될 수 있다. 주연소 챔버(210)는 회전축(21)을 감싸도록 배치되고, 출구단은 터빈(30)과 연결되어 주연소 챔버(210)에서 연소된 고온 고압의 유체가 터빈(30)으로 유입될 수 있다.
주연소 챔버(210)는 커버에 형성된 복수개의 개구(미도시)를 구비하고, 상기 개구를 통해서 압축 공기가 유입될 수 있다. 즉, 제1 압축 공기 라인(201)을 따라 이동한 압축 공기는 상기 복수개의 개구를 통과하여 주연소 챔버(210)로 유입될 수 있다.
부연소 챔버(220)는 주연소 챔버(210)의 일측에 설치될 수 있다. 부연소 챔버(220)는 내부에서 생성한 화염을 주연소 챔버(210)로 배출할 수 있다. 부연소 챔버(220)는 부연소실(221), 연료 분사부(222), 점화 플러그(223), 개폐 밸브(224) 및 인젝터(225)를 구비할 수 있다.
부연소실(221)은 제2 압축 공기 라인(202)에서 유입된 압축 공기를 주연소 챔버(210)로 유동시킬 수 있다. 또한, 부연소실(221)에 저장된 압축 공기를 점화하여 화염을 생성할 수 있다.
연료 분사부(222)는 제2 연료 라인(204)과 연결될 수 있다. 부연소실(221)에서 점화시에 연료를 공급할 수 있다.
점화 플러그(223)는 연료 분사부(222)와 인접하게 배치되고, 컨트롤러(250)에서 점화 신호(207)를 전달 받으면 화염을 생성할 수 있다.
개폐 밸브(224)는 제2 압축 공기 라인(202)과 연결되고, 개방시에는 압축 공기를 주연소 챔버(210)로 이동시킬 수 있다. 개폐 밸브(224)가 닫히면 부연소실(221)에서 화염을 생성할 수 있다.
인젝터(225)는 압축 공기를 주연소 챔버(210)로 이동시키거나, 생성된 화염을 주연소 챔버(210)로 이동시킬 수 있다. 인젝터(225)는 회전축(21)의 노즐(212)과 마주보도록 배치될 수 있다. 인젝터(225)는 화염을 노즐(212)에서 분사되는 연료를 향해 배출하여 주연소 챔버(210)가 실화(flameout)시에 주연소 챔버(210)를 재점화 할 수 있다.
컨트롤러(250)는 밸브 개도 조절 신호(205)를 이용하여 개폐 밸브(224), 제1 밸브(231) 및 제2 밸브(232) 중 적어도 하나의 개도를 조절할 수 있다. 또한, 컨트롤러(250)는 제1 센서(215)에서 실화 탐지 신호(206)를 받아 주연소실(211)의 실화 여부를 확인할 수 있다. 또한, 컨트롤러(250)는 점화 플러그(223)와 연결되어, 부연소 챔버(220)에서 화염을 생성할 수 있다.
도 3 및 도 4는, 도 2의 부연소 챔버(220)의 동작을 도시한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 주연소 챔버(210)에서 연소시에는 압축 공기가 부연소 챔버를 통과하여 주연소 챔버(210)로 유입될 수 있다.
슬링거 연소기(20)는 회전축(21)에서 분사된 연료를 이그니션 플러그(미도시)에서 점화가 일어나게 되고, 연소로 발생된 고온 고압의 유체를 터빈(30)에 공급하여 동력을 생산할 수 있다. 터빈(30)에서 생산된 동력을 이용하여 회전축(21)은 고속 회전을 한다. 예를 들어, 항공기에 적용되는 가스 터빈 엔진 시스템(1)은 5,0000 rpm 이상의 회전속도로 회전 하게 된다.
주연소 챔버(210)에서 연소시에는 압축 공기는 부연소 챔버(220)를 통과하여 주연소 챔버(210)로 유입된다. 컨트롤러(250)는 밸브 개도 조절 신호(205)를 이용하여 개폐 밸브(224) 및 제2 밸브(232)의 개도를 조절할 수 있다. 밸브 개도 조절 신호(205)는 개폐 밸브(224)는 개방하여 압축 공기가 부연소실(221)로 유입되게 한다. 또한, 밸브 개도 조절 신호(205)는 제2 밸브(232)를 폐쇄하여 연료의 유입을 차단한다. 유입된 압축 공기는 인젝터(225)를 통과하여 주연소 챔버(210)로 이동할 수 있다.
도 4를 참조하면, 주연소 챔버에서 실화(flameout), 즉 연소가 중단되면 부연소 챔버(220)에서 화염(F)을 생성하고 주연소 챔버(210)로 화염(F)을 토출하여 재점화 할 수 있다.
슬링거 연소기(20)의 점화 이후에 실화(flameout)가 발생될 수 있다. 주연소 챔버(210) 내부에는 고온 고압의 압축 공기가 터빈(30)을 향해 이동하는데, 이러한 다량의 압축 공기가 이동하면서 주연소 챔버(210) 내부의 화염을 터빈(30)으로 이동시켜서 슬링거 연소기(20) 내부에서 실화가 발생한다. 또한, 항공기가 높은 고도로 이동시에 대기의 흐름에 의해 실화가 발생할 수 있다.
종래에는 연소기의 재점화를 위해서는 회전축의 회전속도를 줄이고, 다시 상기 이그니션 플러그를 이용하였다. 대략 연소기 구동시의 회전축의 회전 속도의 10%로 회전속도를 낮추어 재점화를 하여야 한다. 이러한 경우, 회전축의 회전속도를 낮추고 다시 높이는 과정에서 시간 지연이 발생하고, 에너지가 버려지는 문제점이 발생한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 슬링거 연소기(20)는 부연소 챔버(220)에서 화염(F)을 생성할 수 있어, 주연소 챔버(210)에서 실화되더라도 회전축(21)의 회전속도를 유지하면서 재점화 할 수 있다.
상세히, 제1 센서(215)는 주연소 챔버(210)의 실화 여부를 센싱할 수 있다. 컨트롤러(250)는 실화 탐지 신호(206)를 제1 센서(215)로부터 전달받을 수 있다. 이후, 컨트롤러(250)는 밸브 개도 조절 신호(205)를 이용하여 개폐 밸브(224)와 제2 밸브(232)의 개도를 조절할 수 있다. 밸브 개도 조절 신호(205)는 개폐 밸브(224)는 폐쇄하고, 제 2 밸브(232)는 개방한다. 압축 공기의 부연소실(221)로의 유입은 차단되고, 연료는 제2 연료 라인(204)에서 부연소실(221)로 유입된다.
이때 컨트롤러(250)는 점화 플러그(223)에 점화 신호(207)를 보내어 부연소실(221)에서 화염이 발생할 수 있다. 부연소실(221)에는 유입된 압축 공기가 저장되어 있으며, 연료 분사부(222)에서 연료가 분사되므로 점화 플러그(223)의 스파크에 의해서 화염이 생성될 수 있다.
발생된 화염(F)은 인젝터(225)를 통과하여 주연소 챔버(210)로 유입될 수 있다. 특히, 인젝터(225)는 노즐(212)과 마주보도록 배치되므로, 화염(F)은 노즐(212)에서 분사되는 연료를 향해 토출될 수 있다. 토출된 화염(F)은 연료와 만나 재점화 되므로, 슬링거 연소기(20)는 회전축(21)의 속도 강화 없이 고속 회전 상태에서 재점화 될 수 있다.
재점화 이후에는, 컨트롤러(250)는 다시 개폐 밸브(224)의 개도는 개방하고, 제2 밸브(232)의 개도는 폐쇄하여, 압축 공기가 부연소 챔버(220)를 통과하여 주연소 챔버(210)로 이동할 수 있다. 압축 공기는 이동하면서 부연소실(221)을 냉각할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 슬링거 연소기(20) 및 이를 구비한 가스 터빈 엔진 시스템(1)은 슬링거 연소기(20)의 구동상태를 유지하면서 재점화 할 수 있다. 특히, 슬링거 연소기(20)의 회전축(21)은 회전속도 강화 없이 재점화 할 수 있어, 실화 발생시에 신속하게 재점화 할 수 있으며, 에너지 손실을 최소화 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 슬링거 연소기(20) 및 이를 구비한 가스 터빈 엔진 시스템(1)은 선택적으로 부연소 챔버(220)의 밸브 개도를 조절하여, 주연소 챔버(210)의 재점화 및 부연소 챔버(220)의 냉각을 할 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
1: 가스 터빈 엔진 시스템
10: 압축기
20: 슬링거 연소기
21: 회전축
30: 터빈
40: 연료 저장부
201: 제1 압축 공기 라인
202: 제2 압축 공기 라인
203: 제1 연료 라인
204: 제2 연료 라인
210: 주연소 챔버
220: 부연소 챔버
250: 컨트롤러

Claims (7)

  1. 압축기와 연결되어 압축 공기를 공급하는 제1 압축 공기 라인;
    연료 저장부와 연결되어 연료를 공급하는 제1 연료 라인;
    제1 방향을 중심으로 회전하면서 상기 제1 연료 라인에서 유입된 상기 연료를 반경방향으로 분사하는 회전축;
    상기 회전축에서 분사된 상기 연료가 유입되고, 상기 제1 압축 공기 라인에서 상기 압축 공기가 유입되는 주연소 챔버;
    상기 주연소 챔버의 일측에 설치되고, 내부공간에 발생한 화염을 상기 주연소 챔버로 선택적으로 배출하는 부연소 챔버;
    일단이 상기 제1 압축 공기 라인에서 분지되고 타단이 상기 부연소 챔버와 연결되는 제2 압축 공기 라인;
    일단이 상기 제1 연료 라인에서 분지되고 타단이 상기 부연소 챔버와 연결되는 제2 연료 라인;
    상기 제1 연료 라인 상에 배치되어 상기 주연소 챔버로 유입되는 연료의 양을 조절하는 제1 밸브;
    상기 제2 연료 라인 상에 배치되어 상기 부연소 챔버로 유입되는 연료의 양을 조절하는 제2 밸브;
    상기 제2 압축 공기 라인과 연결된 개폐 밸브; 및
    상기 부연소 챔버, 상기 제2 밸브 및 상기 개폐 밸브를 조절하는 컨트롤러를 포함하고,
    상기 주연소 챔버에서 연소 시에는, 상기 컨트롤러는 상기 제2 밸브를 폐쇄하고 상기 개폐 밸브를 개방하여 상기 제2 압축 공기 라인을 통해 유입된 압축 공기를 상기 주연소 챔버로 유입시키고,
    상기 주연소 챔버에서 실화 시에는, 상기 컨트롤러는 상기 개폐 밸브를 폐쇄하고 상기 제2 밸브를 개방하여 상기 부연소 챔버로 연료를 유입하고, 상기 화염을 생성하여 상기 주연소 챔버로 상기 생성된 화염을 토출하는, 슬링거 연소기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 회전축에는 상기 연료가 분사되는 노즐이 배치되며,
    상기 부연소 챔버는, 상기 회전축에 배치된 노즐과 마주보도록 배치되는, 슬링거 연소기.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 부연소 챔버는 상기 화염을 생성하는 점화 플러그를 구비하는, 슬링거 연소기.
  7. 압축기;
    상기 압축기와 이격되게 배치되는 연료 저장부;
    입구가 상기 압축기와 연결되고, 회전축이 제1 방향을 중심으로 회전하면서 연료를 분사하는 슬링거 연소기; 및
    상기 슬링거 연소기의 출구와 연결되는 터빈을 포함하고,
    상기 슬링거 연소기는,
    상기 압축기와 연결되어 압축 공기를 공급하는 제1 압축 공기 라인;
    상기 연료 저장부와 연결되어 연료를 공급하는 제1 연료 라인;
    상기 회전축에서 분사된 상기 연료가 유입되고, 상기 제1 압축 공기 라인에서 상기 압축 공기가 유입되는 주연소 챔버;
    상기 주연소 챔버의 일측에 설치되고, 내부공간에 발생한 화염을 상기 주연소 챔버로 선택적으로 배출하는 부연소 챔버;
    일단이 상기 제1 압축 공기 라인에서 분지되고 타단이 상기 부연소 챔버와 연결되는 제2 압축 공기 라인;
    일단이 상기 제1 연료 라인에서 분지되고 타단이 상기 부연소 챔버와 연결되는 제2 연료 라인;
    상기 제1 연료 라인 상에 배치되어 상기 주연소 챔버로 유입되는 연료의 양을 조절하는 제1 밸브;
    상기 제2 연료 라인 상에 배치되어 상기 부연소 챔버로 유입되는 연료의 양을 조절하는 제2 밸브;
    상기 제2 압축 공기 라인과 연결된 개폐 밸브; 및
    상기 부연소 챔버, 상기 제2 밸브 및 상기 개폐 밸브를 조절하는 컨트롤러를 포함하고,
    상기 주연소 챔버에서 연소 시에는, 상기 컨트롤러는 상기 제2 밸브를 폐쇄하고 상기 개폐 밸브를 개방하여 상기 제2 압축 공기 라인을 통해 유입된 압축 공기를 상기 주연소 챔버로 유입시키고,
    상기 주연소 챔버에서 실화 시에는, 상기 컨트롤러는 상기 개폐 밸브를 폐쇄하고 상기 제2 밸브를 개방하여 상기 부연소 챔버로 연료를 유입하고, 상기 화염을 생성하여 상기 주연소 챔버로 상기 생성된 화염을 토출하는, 가스 터빈 엔진 시스템.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12065971B2 (en) 2022-09-30 2024-08-20 Raytheon Technologies Corporation Centrifugally pumped fuel system

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112066415B (zh) * 2019-06-10 2022-04-01 中国航发商用航空发动机有限责任公司 燃烧室、燃气轮机以及抑制振荡燃烧的方法
FR3103521B1 (fr) * 2019-11-22 2021-12-10 Safran Helicopter Engines Ensemble pour une turbomachine
US11473505B2 (en) 2020-11-04 2022-10-18 Delavan Inc. Torch igniter cooling system
US11692488B2 (en) 2020-11-04 2023-07-04 Delavan Inc. Torch igniter cooling system
US11608783B2 (en) 2020-11-04 2023-03-21 Delavan, Inc. Surface igniter cooling system
US11635027B2 (en) 2020-11-18 2023-04-25 Collins Engine Nozzles, Inc. Fuel systems for torch ignition devices
US11226103B1 (en) * 2020-12-16 2022-01-18 Delavan Inc. High-pressure continuous ignition device
US11421602B2 (en) 2020-12-16 2022-08-23 Delavan Inc. Continuous ignition device exhaust manifold
US11635210B2 (en) 2020-12-17 2023-04-25 Collins Engine Nozzles, Inc. Conformal and flexible woven heat shields for gas turbine engine components
US12092333B2 (en) 2020-12-17 2024-09-17 Collins Engine Nozzles, Inc. Radially oriented internally mounted continuous ignition device
US11754289B2 (en) 2020-12-17 2023-09-12 Delavan, Inc. Axially oriented internally mounted continuous ignition device: removable nozzle
US11486309B2 (en) * 2020-12-17 2022-11-01 Delavan Inc. Axially oriented internally mounted continuous ignition device: removable hot surface igniter
US20220195935A1 (en) * 2020-12-17 2022-06-23 Delavan Inc. Axially oriented internally mounted continuous ignition device: reverse flow axial orientation
US11680528B2 (en) 2020-12-18 2023-06-20 Delavan Inc. Internally-mounted torch igniters with removable igniter heads
US11209164B1 (en) 2020-12-18 2021-12-28 Delavan Inc. Fuel injector systems for torch igniters
US11415058B2 (en) * 2020-12-23 2022-08-16 Collins Engine Nozzles, Inc. Torch ignitors with tangential injection
US11566565B2 (en) * 2020-12-23 2023-01-31 Collins Engine Nozzles, Inc. Access hatch for internally mounted torch ignitor
US11415059B2 (en) * 2020-12-23 2022-08-16 Collins Engine Nozzles, Inc. Tangentially mounted torch ignitors
US11578869B2 (en) * 2021-05-20 2023-02-14 General Electric Company Active boundary layer control in diffuser
US11946474B2 (en) 2021-10-14 2024-04-02 Honeywell International Inc. Gas turbine engine with compressor bleed system for combustor start assist
KR102584126B1 (ko) * 2021-11-01 2023-09-27 한국항공우주연구원 가스터빈용 슬링거 연소기

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202852885U (zh) * 2012-10-24 2013-04-03 哈尔滨东安发动机（集团）有限公司 折流式环形燃烧室

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB628366A (en) * 1947-09-01 1949-08-26 Donald Louis Mordell Improvements relating to gas turbine engines
CA2076102C (en) 1991-09-23 2001-12-18 Stephen John Howell Aero-slinger combustor
US5265425A (en) 1991-09-23 1993-11-30 General Electric Company Aero-slinger combustor
JP3710479B2 (ja) * 1994-06-24 2005-10-26 ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイション ガス・タービン・エンジン用パイロット噴射装置
US7284378B2 (en) * 2004-06-04 2007-10-23 General Electric Company Methods and apparatus for low emission gas turbine energy generation
US7762072B2 (en) 2007-01-16 2010-07-27 Honeywell International Inc. Combustion systems with rotary fuel slingers
US7966820B2 (en) * 2007-08-15 2011-06-28 General Electric Company Method and apparatus for combusting fuel within a gas turbine engine
JP4959523B2 (ja) * 2007-11-29 2012-06-27 株式会社日立製作所 燃焼装置，燃焼装置の改造方法及び燃焼装置の燃料噴射方法
US8479492B2 (en) * 2011-03-25 2013-07-09 Pratt & Whitney Canada Corp. Hybrid slinger combustion system
FR2996288B1 (fr) * 2012-10-01 2014-09-12 Turbomeca Injecteur a double circuit de chambre de combustion de turbomachine.
CN104005853A (zh) * 2014-05-26 2014-08-27 哈尔滨东安发动机（集团）有限公司 航空发动机地面试车用点火装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202852885U (zh) * 2012-10-24 2013-04-03 哈尔滨东安发动机（集团）有限公司 折流式环形燃烧室

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
중국특허공개공보 104005853(2014.08.27.) 1부.*

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12065971B2 (en) 2022-09-30 2024-08-20 Raytheon Technologies Corporation Centrifugally pumped fuel system

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US10907834B2 (en) 2021-02-02
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US20180003388A1 (en) 2018-01-04

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