KR102570813B1 - 연료 공급 조립체 및 관련 방법 - Google Patents

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Abstract

유입 매니폴드(104)는 제1 방향을 따라 배향되는 주 유입구(118)와, 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 배향되는 파일럿 유입구(120)를 포함한다. Y자형 통로(122)는 주 유입구(118)와 유체 연통되는 유입 분기부(124)를 포함한다. 유입 매니폴드(104)는 Y자형 통로(122)의 제1 유출 분기부(126)와 유체 연통되는 제1 주 통로(130)와, Y자형 통로(122)의 제2 유출 분기부(128)와 유체 연통되는 제2 주 통로(132)도 또한 포함한다. 제1 주 통로(130)는 Y자형 통로(122)와 제1 주 유출구(134) 사이에서 대체로 제1 방향을 따라 연장된다. 제2 주 통로(132)는 Y자형 통로(122)와 제2 주 유출구(136) 사이에서 대체로 제1 방향을 따라 연장된다. 유입 매니폴드(104)는 파일럿 유입구(120)와 유체 연통되는 파일럿 통로(138)도 또한 포함한다. 파일럿 통로(138)는 파일럿 유입구(120)와 파일럿 유출구(140) 사이에서 대체로 제1 방향을 따라 연장된다.

Description

연료 공급 조립체 및 관련 방법{FUEL SUPPLY ASSEMBLY AND RELATED METHODS}
본 개시는 일반적으로 연료 노즐에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 연료 노즐용 연료 공급 조립체 및 관련 방법에 관한 것이다.
가스 터빈은 일반적으로 하나 이상의 연소기에서 연료 및 공기 혼합물을 연소시켜, 터빈을 통과하는 고에너지 연소 가스를 생성하고, 이에 의해 터빈 로터 샤프트가 회전하게 함으로써 작동한다. 로터 샤프트의 회전 에너지는 로터 샤프트에 커플링되는 발전기를 통해 전기 에너지로 변환될 수 있다. 각각의 연소기는 일반적으로 산화질소(NOx) 배출물을 낮게 유지하기 위한 수단으로서, 연소 구역 상류에서 연료와 공기를 예혼합하는 연료 노즐을 포함한다.
천연 가스와 같은 가스상 연료는 통상 전기를 생성하기 위해 사용되는 가스 터빈 엔진에서 가연성 유체로서 채용된다. 몇몇 경우, 연소 시스템은 증류 오일(distillate oil)과 같은 액체 연료를 연소할 수 있는 것이 바람직할 수 있다. 전형적인 구성에서, 액체 연료 주입은 연료 노즐의 중앙 본체 내에서 연장되는 카트리지를 통해 이루어질 수 있다. 카트리지는 액체 연료를 연소 구역으로 전달하기 위한 유효 수단으로서 기능하면서, 전체 구성요소의 개수 및 조립비용을 증가시킨다.
본 개시의 양태 및 장점이 아래의 설명에서 기술될 수도 있고, 아래의 설명으로부터 명백해질 수도 있으며, 본 개시의 실시를 통해 습득될 수도 있다.
본 개시의 일실시예에 따르면, 연료 노즐용 연료 공급 조립체가 제공된다. 연료 공급 조립체는 종방향, 횡방향 및 수직방향을 획정하는 유입 매니폴드를 포함하며, 종방향, 횡방향 및 수직방향은 상호 직교한다. 유입 매니폴드는 종방향을 따라 배향되는 주 유입구와, 수직방향을 따라 배향되는 파일럿 유입구를 포함한다. Y자형 통로가 유입 매니폴드의 주 유입구와 유체 연통되는 유입 분기부를 포함한다. 유입 매니폴드는 Y자형 통로의 제1 유출 분기부와 유체 연통되는 제1 주 통로와, Y자형 통로의 제2 유출 분기부와 유체 연통되는 제2 주 통로도 또한 포함한다. 제1 주 통로는 Y자형 통로와 제1 주 유출구 사이에서 대체로 종방향을 따라 연장된다. 제2 주 통로는 Y자형 통로와 제2 주 유출구 사이에서 대체로 종방향을 따라 연장된다. 유입 매니폴드는 파일럿 유입구와 유체 연통되는 파일럿 통로도 또한 포함한다. 파일럿 통로는 파일럿 유입구와 파일럿 유출구 사이에서 대체로 종방향을 따라 연장된다. 제1 주 도관은 유입 매니폴드의 제1 주 유출구에 커플링되고, 제2 주 도관은 유입 매니폴드의 제2 주 유출구에 커플링된다. 제1 주 도관은 유입 매니폴드와 연료 매니폴드 사이에서 연장된다. 제2 주 도관은 유입 매니폴드와 연료 매니폴드 사이에서 연장된다. 연료 매니폴드는 제1 주 도관 및 제2 주도관으로부터의 연료와 공기 플리넘에 있는 공기를 혼합하기 위해 공기 플리넘과 유체 연통된다. 파일럿 도관은 유입 매니폴드의 파일럿 유출구에 커플링된다. 파일럿 도관은 파일럿 유출구와 파일럿 팁 사이에서 연장된다. 파일럿 팁은 연료 매니폴드 하류에 위치 설정된다.
본 개시의 다른 실시예에 따르면, 유입 매니폴드가 제공된다. 유입 매니폴드는 제1 방향, 제2 방향 및 제3 방향을 획정하고, 제1 방향, 제2 방향 및 제3 방향은 상호 직교한다. 유입 매니폴드는 제1 방향을 따라 배향되는 주 유입구와, 제3 방향을 따라 배향되는 파일럿 유입구를 포함한다. Y자형 통로가 유입 매니폴드의 주 유입구와 유체 연통된다. 유입 매니폴드는 Y자형 통로와 유체 연통되는 제1 주 통로와, Y자형 통로와 유체 연통되는 제2 주 통로도 또한 포함한다. 제1 주 통로는 Y자형 통로와 제1 주 유출구 사이에서 연장된다. 제2 주 통로는 Y자형 통로와 제2 주 유출구 사이에서 연장된다. 유입 매니폴드는 파일럿 유입구와 유체 연통되는 파일럿 통로도 또한 포함한다. 파일럿 통로는 파일럿 유입구와 파일럿 유출구 사이에서 연장된다.
본 개시의 다른 양태는 연료 노즐의 조립 방법이다. 상기 방법은 주 도관의 제1 단부를 연료 매니폴드에 부착하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 주 도관의 제2 단부를 유입 매니폴드에 있는 중앙 본체의 주 유출구에 부착하는 단계도 또한 포함한다. 상기 방법은, 파일럿 도관의 제1 단부를 연료 매니폴드 하류에 있는 파일럿 팁에 부착하는 단계와, 파일럿 도관의 제2 단부를 유입 매니폴드에 있는 중앙 본체의 파일럿 유출구에 부착하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 중앙 본체를 노즐 연료의 하류 단부 내에 삽입하는 단계, 파일럿 팁이 노즐 연료의 하류 단부에 근접할 때까지 중앙 본체를 연료 노즐을 통해 그리고 엔드커버(endcover)를 통해 상류로 이동시키는 단계, 분리형 플랜지를 중앙 본체의 허브 부분에 배치하는 단계, 및 분리형 플랜지를 엔드커버에 고정하는 단계를 포함한다.
당업자라면, 본 명세서를 검토해보면 상기한 실시예의 피쳐 및 양태와 다른 피쳐(feature) 및 양태를 보다 잘 이해할 것이다.
당업자에 대한 본 발명의 최상의 모드를 포함하는 다양한 실시예의 완전하고 가능한 개시가 첨부도면을 참고하여, 명세서의 나머지 부분에서보다 구체적으로 설명된다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시예를 포함할 수 있는 예시적인 가스 터빈의 기능 블럭 다이어그램.
도 2은 본 개시의 다양한 실시예를 포함할 수 있는 예시적인 연소기의 단순한 측단면도.
도 3은 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른 연료 노즐의 측단면도.
도 4는 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른 유입 매니폴드의 측단면도.
도 5는 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른 유입 매니폴드의 측단면도.
도 6은 도 5의 유입 매니폴드의 부분 단면 사시도.
도 7은 도 5의 유입 매니폴드의 탑다운 단면도.
도 8은 도 3의 연료 노즐의 일부의 단면도.
도 9는 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른 유입 매니폴드의 분해도.
도 10은 도 9의 유입 매니폴드의 일부의 분해도.
이제, 본 개시의 실시예 - 이 실시예의 하나 이상의 예가 도면에 도시되어 있음 - 를 상세히 참고하겠다. 상세한 설명은 도면의 피쳐를 인용하기 위해 숫자 및 문자를 이용한다. 도면 및 설명에서 비슷하거나 유사한 부호는 본 개시의 비슷하거나 유사한 부분을 인용하는 데 사용되었다.
여기에서 사용되는 “제1”, “제2” 및 “제3”이라는 용어는 구성요소들을 서로 구별하기 위해 호환가능하게 사용될 수 있으며, 개별 구성요소들의 위치 또는 중요함을 나타내려고 하는 것은 아니다. “상류” 및 “하류” 라는 용어는 유로에서의 유체 흐름에 대한 상대적인 방향을 일컫는다. 예컨대, “상류”는 유체가 흘러나오는 방향을 일컫고, “하류”는 유체가 흘러나가는 방향을 일컫는다. “반경방향으로”라는 용어는 특정 구성요소의 축방향 중심선에 거의 수직한 상대적인 방향을 일컫고, “축방향으로”라는 용어는 특정 구성요소의 축방향 중심선에 거의 평행 및/또는 동축인 상대적인 방향을 일컬으며, “둘레방향으로”라는 용어는 특정 구성요소의 축방향 중심선 주위로 연장되는 상대적인 방향을 일컫는다.
여기에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 기술하기 위한 것이며, 제한하려는 의도는 없다. 여기에서 사용되는 단수 형태는, 문맥상 달리 명시하지 않는 한, 복수 형태도 또한 포함하는 것으로 의도된다. “포함하다” 및/또는 “포함하는”이라는 용어는 본 명세서에서 사용될 때에 언급한 피쳐, 완전체, 단계, 공정, 요소 및/또는 구성요소들의 존재를 특정하지만, 다른 피쳐, 완전체, 단계, 공정, 요소, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 불가능하게 하지는 않는다는 점이 더 이해될 것이다.
각각의 예는 본 개시를 제한하는 것이 아니라 본 개시를 설명하기 위해 제공된다. 사실상, 본 개시의 범위 또는 사상으로부터 벗어나는 일 없이 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있다는 점이 당업자에게 명백할 것이다. 예컨대, 일실시예의 부분으로서 예시되거나 설명되는 피쳐는 다른 실시예에서 사용되어 또 다른 실시예를 구성할 수 있다. 이에 따라, 본 개시는, 첨부된 청구범위 및 그 등가물의 범위 내에 속하는 한 그러한 수정 및 변형을 포함한다.
본 개시의 예시적인 실시예는 일반적으로 예시를 목적으로 육상 기반 발전용 가스 터빈 연소기를 위한 연료 노즐 조립체에 관하여 설명되겠지만, 당업자라면, 본 개시는 임의의 스타일이나 타입의 터보기계용 연소기에 적용 가능하며, 청구범위에서 특별히 인용되지 않는 한, 육상 기반 발전용 가스 터빈을 위한 연소기 또는 연소 시스템으로 제한되는 것이 아니라는 점을 쉽게 이해할 것이다.
이제 도면을 참고하면, 도 1은 예시적인 가스 터빈(10)의 개략도를 예시한다. 가스 터빈(10)은 일반적으로 유입 섹션(12), 유입 섹셕(12)의 하류에 배치된 압축기(14), 압축기(14) 하류에 배치된 적어도 하나의 연소기(16), 연소기(16)의 하류에 배치된 터빈(18) 및 터빈(18)의 하류에 배치된 배기 섹션(20)을 포함한다. 추가로, 가스 터빈(10)은 압축기(14)를 터빈(18)에 커플링하는 하나 이상의 샤프트(22)를 포함할 수 있다.
작동 중에, 공기(24)는 유입 섹션(12)을 통해 압축기(14)로 흐르며, 압축기에서 공기(24)는 점진적으로 압축되어, 연소기(16)에 압축 공기(26)를 제공한다. 압축 공기(26)의 적어도 일부는 연소기(16) 내에서 연료(28)와 혼합되고 연소되어 연소 가스(30)를 생성한다. 연소 가스(30)는 연소기(16)로부터 터빈(18)으로 흐르며, 터빈에서 에너지(운동 및/또는 열)가 연소 가스(30)로부터 로터 블레이드(도시하지 않음)로 전달되고, 이에 따라 샤프트(22)가 회전하게 된다. 기계적 회전 에너지는 그 후 압축기(14)를 구동하고/구동하거나 전력을 생산하는 등의 다양한 목적으로 이용될 수 있다. 터빈(18)을 빠져나오는 연소 가스(30)는 그 후에 배기 섹션(20)을 통해 가스 터빈(10)으로부터 배기될 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 연소기(16)는 압축기 방출 케이싱과 같은 외측 케이싱(32)으로 적어도 부분적으로 둘러싸일 수 있다. 외측 케이싱(32)은, 연소기(16)의 다양한 구성요소를 적어도 부분적으로 둘러싸는 고압 플리넘(34)을 적어도 부분적으로 획정할 수 있다. 고압 플리넘(34)은 압축기(14)(도 1)로부터 압축 공기(26)를 수용하도록 압축기와 유체 연통될 수 있다. 엔드커버(36)가 외측 케이싱(32)에 커플링될 수 있다. 특정 실시예에서, 외측 케이싱(32)과 엔드커버(36)는 연소기(16)의 헤드 단부 체적 또는 부분(38)을 적어도 부분적으로 획정할 수 있다.
특정 실시예에서, 헤드 단부 부분(38)은 고압 플리넘(34) 및/또는 압축기(14)와 유체 연통된다. 하나 이상의 라이너 또는 도관(40)이 연료-공기 혼합물을 연소하기 위한 연소실 또는 연소 구역(42)을 적어도 부분적으로 획정할 수 있고/있거나, 연소 가스(30)를 유입구를 향해 터빈(18)으로 지향시키기 위해 연소기를 관통하는 고온 가스 경로(44)를 적어도 부분적으로 획정할 수 있다.
다양한 실시예에서, 연소기(16)는 적어도 하나의 연료 노즐(100)을 포함한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 연료 노즐(100)은 엔드커버(36)에 커플링될 수 있고, 연소실(42)을 향해 연장될 수 있다. 하나 이상의 연료 노즐(100)은 액체 연료 공급부(46)와 유체 연통되는 연료 공급 조립체(102)를 포함할 수 있다. 연소기(16)의 다양한 실시예는 상이한 개수 및 구성의 연료 노즐(100)을 포함할 수 있고, 청구범위에 달리 특정되지 않는 한, 연료 노즐이 임의의 특정 개수로 제한되지 않는다. 예컨대 특정 구성에서, 하나 이상의 연료 노즐(100)이 중앙 연료 노즐 주위에 환형 배치되는 다수의 연료 노즐을 포함할 수 있다.
도 3은 본 개시의 몇몇 실시예에 따른 연료 노즐(100)(도 2) 내의 조립 상태의 연료 공급 조립체(102)를 예시한다. 연료 노즐(100)은 기계적 파스너를 통해 또는 다른 연결 수단(도시하지 않음)에 의해 엔드커버(36)의 내면에 연결될 수 있다. 도 3에서 볼 수 있다시피, 예시적인 연료 공급 조립체(102)는, 엔드커버(36)에서 연료 포트(35)에 커플링될 수 있는 유입 매니폴드(104)를 포함한다. 도 3에도 또한 예시한 바와 같이, 복수 개의 주 도관(106, 108)은 유입 매니폴드(104)로부터 연료 매니폴드(110)로 연장될 수 있으며, 파일럿 도관(112)은 유입 매니폴드(104)로부터 파일럿 팁(114)으로 연장될 수 있다. 연료 매니폴드(110)는 제1 주 도관(106) 및 제2 주 도관(108)으로부터 나온 액체 연료를 공기 플리넘(174) 내의 공기와 혼합하기 위해 공기 플리넘(174)과 유체 연통될 수 있다. 예컨대, 연료 매니폴드(110)는 환형 형상일 수 있기 때문에, 연료 매니폴드(110)는 둘레 및 반경을 획정한다. 연료 매니폴드(110)는 제1 주 도관(106) 및 제2 주 도관(108)으로부터 나온 액체 연료를 공기 플리넘(174)으로 분사하기 위한 복수 개의 반경방향 외향 분무기(180)(도 8)를 포함할 수 있다. 연료 공급 조립체(102) 그리고 특히 그 유입 매니폴드(104)는 유리하게는 카트리지를 필요로 하지 않고 연료 노즐(100)에 액체 연료를 공급할 수 있다.
도 4 및 도 5는 유입 매니폴드(104)의 다양한 예시적인 실시예를 예시한다. 예시한 바와 같이, 유입 매니폴드(104)는 종방향(L), 수직방향(V) 및 횡방향(T)을 획정한다(도 7). 종방향(L), 수직방향(V) 및 횡방향(T)은 서로 수직이다(도 6). 유입 매니폴드는 중앙 본체(116)를 포함한다. 주 유입구(118)가 중앙 본체(116)에 형성될 수 있고, 종방향(L)을 따라 배향될 수 있다. 주 유입구 피팅(119)이 주 유입구(118) 내에 마련될 수 있으며, 예컨대 예시한 바와 같이 주 유입구 피팅(119)은 주 유입구(118)에 나사식으로 체결될 수 있다. 파일럿 유입구(120)가 주 유입구(118)의 하류에서 주 유입구(118)에 수직하게 중앙 본체(116)에 형성될 수 있고, 예컨대 예시한 바와 같이 파일러 유입구(120)는 수직방향(V)을 따라 배향될 수 있다. 파일럿 유입구 피팅(121)이 파일럿 유입구(120) 내에 마련될 수 있으며, 예컨대 예시한 바와 같이 파일럿 유입구 피팅은 파일럿 유입구(120)에 나사식으로 체결될 수 있다.
도 7에서 가장 잘 볼 수 있다시피, 몇몇 예시적인 실시예는 주 유입구(118) 바로 하류에 있는 중앙 본체(116)에 형성된 Y자형 통로(122)를 포함할 수 있다. Y자형 통로(122)는 유입 분기부(124)를 포함하고, 유입 분기부(124)는 주 유입구(118)와 유체 연통될 수 있다. 제1 주 통로(130)는 Y자형 통로(122)의 제1 유출 분기부(126)와 유체 연통되도록 중앙 본체(116) 내에 형성될 수 있다. 도 4 내지 도 7에 예시한 바와 같이, 다양한 예시적인 실시예에서는 제1 주 통로(130)가 중앙 본체(116)에 형성된 Y자형 통로(122)와 제1 주 유출구(134) 사이에서 일반적으로 종방향(L)을 따라 연장된다. 제2 주 통로(132)는 Y자형 통로(122)의 제2 유출 분기부(128)와 유체 연통되도록 중앙 본체(116) 내에 형성될 수 있다. 역시 도 4 내지 도 7에 예시한 바와 같이, 다양한 예시적인 실시예에서는 제2 주 통로(132)가 중앙 본체(116)에 형성된 Y자형 통로(122)와 제2 주 유출구(136) 사이에서 일반적으로 종방향(L)을 따라 연장된다(도 7). 파일럿 통로(138)가 중앙 본체(116) 내에 형성될 수 있다. 파일럿 통로(138)는 파일럿 유입구(120)와 유체 연통될 수 있으며, 파일럿 통로(138)는 중앙 본체(116)에 형성된 파일럿 유입구(120)와 파일럿 유출구(140) 사이에서 일반적으로 종방향(L)을 따라 연장될 수 있다(도 7). 여기에서 사용되는, “약”, “거의” 또는 “대략”과 같은 근사치 용어는 언급된 값의 10% 내외인 것을 일컫는다. 더욱이, 여기에서 사용되는 각도 또는 방향과 관련된 용어는 언급된 각도 또는 방향의 10도 내를 포함한다.
도 7에서 가장 잘 볼 수 있다시피, 유입 매니폴드(104)의 주 유입구(118)는 중앙 본체(116)의 상류 단부에 위치 설정될 수 있다. 유입 매니폴드(104)는 중앙 본체(116)의 하류 단부에 후방 플랜지(144)를 더 포함할 수 있다. 예시한 바와 같이, 중앙 본체(116)의 하류 단부는 종방향(L)을 따라 중앙 본체(116)의 상류 단부 반대측에 있다. 도 7에 예시한 바와 같이 몇몇 예시적인 실시예에서, 제1 주 유출구(134), 제2 주 유출구(136) 및 파일럿 유출구(140)는 후방 플랜지(144)의 하류 페이스에 형성될 수 있다.
다양한 실시예에서, 후방 플랜지(144)는 직경(D)을 획정하고(도 9), 제1 주 유출구(134), 제2 주 유출구(136) 및 파일럿 유출구(140)는 후방 플랜지(144)의 직경(D)을 따라 정렬될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 예컨대 도 4에 예시한 바와 같이 Y자형 통로(122)의 제1 유출 분기부(126)와 Y자형 통로(122)의 제2 유출 분기부(128)는 수직방향(V)을 따라 정렬될 수 있고, 횡방향(T)을 따라 이격될 수 있다. 그러한 실시예에서, 제1 주 유출구(134), 제2 주 유출구(136) 및 파일럿 유출구(140)는 후방 플랜지(144)의 직경(D)을 따라 수직방향으로 정렬된다. 다른 실시예에서, 예컨대 도 4에 예시한 바와 같이 Y자형 통로(122)의 제1 유출 분기부(126)와 Y자형 통로(122)의 제2 유출 분기부(128)는 횡방향(T)을 따라 정렬될 수 있고, 수직방향( V)을 따라 이격될 수 있다. 그러한 실시예에서, 제1 주 유출구(134), 제2 주 유출구(136) 및 파일럿 유출구(140)는 후방 플랜지(144)의 직경(D)을 따라 횡방향으로 정렬된다. 다양한 실시예에서, 제1 주 통로(130), 제2 주 통로(132) 및 파일럿 통로(138)는 정렬될 수 있으며, 예컨대 통로(130, 132, 138)들 각각은 대체로 종방향(L)을 따라 연장될 수 있고, 수직방향(V)이나 횡방향(T) 중 어느 하나를 따라 정렬될 수 있다. 그러한 통로(130, 132, 138)의 구성은 유리하게는 중앙 본체(116)의 콤팩트한 전체 크기를 지지할 수 있다. 예컨대, 그러한 콤팩트함은 유리하게는 연료 공급 조립체(102)가 연료 노즐(100)의 상류 단부로부터 연료 노즐(100)에 설치되게 할 수 있으며, 예컨대 유입 매니폴드(104)의 중앙 본체(116)는 엔드커버(36) 및/또는 엔드커버(36)에 형성된 연료 포트(35)를 통과하는 것이 가능할 수 있다.
도 4에서 가장 잘 볼 수 있다시피, 유입 매니폴드(104)는 연료 매니폴드(110)에 액체 연료를 공급하기 위해 다양한 액체 연료 공급 도관에 커플링될 수 있다. 예컨대, 제1 주 도관(106)은 유입 매니폴드(104)의 제1 주 유출구(134)에 커플링될 수 있다. 제2 주 도관(108)은 유입 매니폴드(104)의 제2 주 유출구(136)에 커플링될 수 있다. 파일럿 도관(112)은 유입 매니폴드(104)의 파일럿 유출구(140)에 커플링될 수 있다. 도 3에 예시한 바와 같이, 제1 주 도관(106)은 유입 매니폴드(104)로부터 연료 매니폴드(110)로 연장될 수 있다. 제2 주 도관(108)은 유입 매니폴드(104)로부터 연료 매니폴드(110)로 연장될 수 있다. 파일럿 도관(112)은 파일럿 유출구(140)로부터 파일럿 팁(114)으로 연장될 수 있다. 파일럿 팁(114)은 연료 매니폴드(110) 하류에 위치 설정될 수 있다.
예컨대 도 7에도 예시한 바와 같이, 유입 매니폴드(104)의 중앙 본체(116)는 후방 플랜지(144) 하류에 허브 부분(150)을 포함할 수 있다. 중앙 본체(116)는 허브 부분(150) 상류에 수나사부(156)를 더 포함할 수 있다. 예컨대 도 4 내지 도 6에 예시한 바와 같이, 유입 매니폴드(104)는 중앙 본체(116)의 허브 부분(150) 상에 장착하도록 구성된 분리형 플랜지(154)를 더 포함할 수 있다. 유입 매니폴드(104)는 분리형 플랜지(154)를 중앙 본체(116)에 고정하기 위해 중앙 본체(116)의 수나사부(156)와 체결하도록 구성된 암나사형 파스너(152)를 더 포함할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 분리형 플랜지(154)는 중앙 본체(116)의 허브 부분(150) 상에 장착하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 도 9에 예시한 바와 같이, 분리형 플랜지(154)는 내경을 획정하는 중앙 구멍(162)을 포함할 수 있고, 허브 부분(150)은 분리형 플랜지(154)의 중앙 구멍(162) 내에 수용되도록 크기가 정해진 외경을 획정하는 매끄러운 외면을 지닌 원통형 형상일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 예컨대 도 10에 예시한 바와 같이, 유입 매니폴드(104)의 허브 부분(150)은 홈(166)을 포함할 수 있고, 분리형 플랜지(154)는 구멍(162)에 스플라인(164)을 포함할 수 있다. 예컨대, 도 10에 예시한 바와 같은 몇몇 실시예에서는 구멍(162)이 대체로 원통형일 수 있고, 반경방향과, 구멍(162)의 외주를 따른 둘레방향을 획정할 수 있다. 더욱이, 스플라인(164)은 구멍(162)의 외주를 따라 위치 설정될 수 있고, 이로부터 반경방향 내측으로 연장될 수 있다. 다양한 실시예에서, 구멍(162)은, 스플라인(164)이 홈(166)과 정렬될 때에 중앙 본체(116)의 허브 부분(150)을 수용하도록 구성될 수 있다. 따라서, 분리형 플랜지(154)와 중앙 본체(116) 간의 상대 회전이 억제될 수 있다. 도 10에도 또한 예시한 바와 같이, 홈(166)은 중앙 본체(116)의 수나사부(156)도 또한 관통하여 연장될 수 있다. 다른 실시예에서는, 허브 부분에 수나사부(156)의 외경보다 충분히 큰 외경을 마련하는 것도 가능하여, 스플라인(164)이 나사를 단속할 필요 없이, 예컨대 홈(166)이 수나사부(156) 내로 연장되는 일 없이 수나사부(156)의 나사부 위로 지나간다.
분리형 플랜지(154)는 하류 페이스(158)(도 6)와, 하류 페이스(158) 반대측의 상류 페이스(160)(도 9)를 포함할 수 있다. 도 7에 예시한 바와 같이, 후방 플랜지(144)는 상류 페이스(142)와, 상류 페이스(12)에 형성된 시일 홈(148)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 시일 홈(148)은 내부에 실링 부재(도시하지 않음)를 유지하도록 구성될 수 있다. 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같이, 실링 부재는, 예컨대 C자형 단면의 스프링 금속 부재 - C-시일이라고 칭할 수 있음 - 를 포함할 수 있다. 실링 부재는 후방 플랜지(144)의 상류 페이스(142) 및 분리형 플랜지(154)의 하류 페이스(158)와 실링식으로 체결될 수 있다.
추가의 회전 방지 피쳐가 마련될 수 있으며, 예컨대 도 9에 예시한 바와 같이 탭 와셔(168)가 마련될 수 있다. 당업계에서 일반적으로 이해되는 바와 같이, 탭 와셔(168)는 도 9에 예시한 바와 같이 분리형 플랜지(154)의 상류 페이스(160)에 있는 대응하는 구멍과 체결하도록 구성된 돌출 탭을 포함할 수 있다.
도 6에 예시한 바와 같이, 환형 실링 요소(153)는 분리형 플랜지(154)로부터 하류로 돌출하도록 분리형 플랜지(154)의 하류 페이스(158) 상에 위치 설정될 수 있다. 환형 실링 요소(153)는 연소기(16)의 엔드커버(36)에 있는 연료 포트(35)의 플랜지(37)(도 4 및 도 5)와 실링식으로 체결하도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 환형 실링 요소(153)는 분리형 플랜지(154)와 일체로 결합될 수 있다. 다른 실시예에서는, 예컨대 도 6에 예시한 바와 같이 환형 실링 요소(153)는 분리형 플랜지(154)의 하류 페이스(158)와 연료 포트(35)(도 4 및 도 5) 사이에 위치 설정된 별개의 분리형 부재, 예컨대 가스켓일 수 있다. 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 조립 상태에서 환형 실링 요소(153)는 중앙 본체(116)의 후방 플랜지(144)를 둘러싼다. 예컨대, 후방 플랜지(144)는 최대 외경(D)(도 9)을 획정할 수 있고, 환형 실링 요소(153)는 내경을 획정할 수 있으며, 이에 따라 후방 플랜지(144)의 최대 외경(D)은 환형 실링 요소(153)의 내경보다 작을 수 있다.
도 8은 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른 예시적인 연료 노즐(100)의 하류 부분의 측단면도를 제공한다. 도 8에 도시한 바와 같이, 연료 노즐(100)은 중앙관(170)을 포함한다. 특정 실시예에서, 연료 노즐(100)은 중앙관(170)의 적어도 일부 주위에서 둘레방향으로 연장되는 외측 슬리브 또는 버너관(172)을 포함할 수 있다. 공기 플리넘(174)이 중앙관(170)과 외측 슬리브(172) 사이에 획정될 수 있다. 특정 실시예에서, 외측 슬리브(172)는 하나 이상의 구멍(도시하지 않음)을 포함할 수 있으며, 이 구멍을 통해 압축 공기(26)가 공기 플리넘(174)으로 흘러 들어갈 수 있다.
본 개시의 실시예는 연료 노즐(100)의 조립 방법을 포함한다. 연료 노즐의 조립 방법은 연료 공급 조립체(102)를 초기 형성하는 단계를 포함한다. 초기 형성된 공급 조립체(102)는 파일럿 팁(114), 연료 매니폴드(110), 제1 주 공급 도관(106), 제2 주 공급 도관(108), 파일럿 공급 도관(112) 및 유입 매니폴드(104)의 적어도 일부, 예컨대 적어도 유입 매니폴드(104)의 중앙 본체(116)를 포함할 수 있다. 연료 공급 조립체(102)를 초기 형성하는 단계는, 제1 주 공급 도관(106)의 제1 단부를 연료 매니폴드(110)에 부착하는 것 및 제2 주 공급 도관(108)의 제1 단부를 연료 매니폴드(110)에 부착하는 것과, 제1 주 공급 도관(106)의 제2 단부를 유입 매니폴드(104)의 중앙 본체(116)의 제1 주 유출구(130)에 부착하는 것 및 제2 주 공급 도관(108)의 제2 단부를 유입 매니폴드(104)의 중앙 본체(116)의 제2 주 유출구(136)에 부착하는 것을 포함할 수 있다. 연료 공급 조립체(102)를 초기 형성하는 단계는, 파일럿 도관(112)의 제1 단부를 파일럿 팁(114)에 부착하는 것 및 파일럿 도관(112)의 제2 단부를 유입 매니폴드(104)의 중앙 본체(116)의 파일럿 유출구(140)에 부착하는 것을 더 포함한다. 예시한 바와 같이, 파일럿 팁(114)은 연료 매니폴드 하류에 있다. 연료 노즐의 조립 방법은 또한 유입 매니폴드(104)의 중앙 본체(116)를 연료 노즐의 하류에 삽입하는 것, 및 파일럿 팁(114)이, 예컨대 도 3 및 도 8에 도시한 위치에 있는 연료 노즐(100)의 하류 단부에 근접할 때까지 중앙 본체(116)를 연료 노즐(100)과 엔드커버(36)를 거쳐 상류로 이동시키는 것을 포함한다. 연료 노즐(100)의 조립 및 설치는 그 후에 유입 매니폴드(104)를 조립하고, 유입 매니폴드(104)를 엔드커버(36)에 고정하는 것에 의해 완료될 수 있다. 예컨대, 몇몇 실시예는 분리형 플랜지(154)를 유입 매니폴드(104)의 중앙 본체(116)의 허부 부분(150) 상에 배치하는 것과, 분리형 플랜지(154)를 엔드커버(36)에 고정하는 것을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예는 분리형 플랜지(154)를 암나사 파스너(152)를 이용하여 중앙 본체(116)의 허브 부분(150)에 고정하는 것을 더 포함할 수 있다.
이 서술된 설명은 최상의 모드를 포함하여 본 기술을 개시하고, 또한 임의의 디바이스 또는 시스템을 제작 및 사용하고 임의의 통합된 방법을 수행하는 것을 포함하여 당업자가 본 기술을 실시할 수 있도록 하기 위한 예를 사용한다. 본 기술의 특허 가능한 범위는 청구항에 의해 규정되며, 당업자에게 떠오르는 다른 예를 포함할 수 있다. 그러한 다른 예는, 사실상 청구범위와 다르지 않은 구조 요소를 갖거나, 사실상 청구범위와 대단치 않은 차이를 지닌 등가의 구조 요소를 포함하는 경우에 청구범위의 범주 내에 속하는 것으로 의도된다.

Claims (15)

  1. 연료 노즐용 연료 공급 조립체로서,
    상호 직교하는 종방향, 횡방향 및 수직방향을 획정하는 유입 매니폴드(104)로서,
    종방향을 따라 배향되는 주(主) 유입구(118);
    수직방향을 따라 배향되는 파일럿 유입구(120);
    유입 매니폴드(104)의 주 유입구(118)와 유체 연통되는 유입 분기부(124)를 포함하는 Y자형 통로(122);
    Y자형 통로(122)의 제1 유출 분기부(126)와 유체 연통되고, Y자형 통로(122)와 제1 주 유출구(134) 사이에서 종방향을 따라 연장되는 제1 주 통로(130);
    Y자형 통로(122)의 제2 유출 분기부(128)와 유체 연통되고, Y자형 통로(122)와 제2 주 유출구(136) 사이에서 종방향을 따라 연장되는 제2 주 통로(132); 및
    파일럿 유입구(120)와 유체 연통되고, 파일럿 유입구(120)와 파일럿 유출구(140) 사이에서 종방향을 따라 연장되는 파일럿 통로(138)
    를 포함하는 유입 매니폴드;
    유입 매니폴드(104)의 제1 주 유출구(134)에 커플링되고, 유입 매니폴드(104)와 연료 매니폴드(110) 사이에서 연장되는 제1 주 도관(106);
    유입 매니폴드(104)의 제2 주 유출구(136)에 커플링되고, 유입 매니폴드(104)와 연료 매니폴드(110) 사이에서 연장되는 제2 주 도관(108); 및
    유입 매니폴드(104)의 파일럿 유출구(140)에 커플링되고, 파일럿 유출구(140)와 파일럿 팁(114) - 상기 파일럿 팁(114)은 연료 매니폴드(110) 하류에 위치 설정됨 - 사이에서 연장되는 파일럿 도관(112)
    을 포함하고,
    연료 매니폴드(110)는 제1 주 도관(106) 및 제2 주 도관(108)으로부터 나온 연료를 공기 플리넘(174)에 있는 공기와 혼합하기 위해 공기 플리넘(174)과 유체 연통되는 것인 연료 노즐용 연료 공급 조립체.
  2. 제1항에 있어서, Y자형 통로(122)의 제1 유출 분기부(126)와 Y자형 통로(122)의 제2 유출 분기부(128)는 수직방향을 따라 정렬되고, 횡방향을 따라 이격되는 것인 연료 노즐용 연료 공급 조립체.
  3. 제1항에 있어서, Y자형 통로(122)의 제1 유출 분기부(126)와 Y자형 통로(122)의 제2 유출 분기부(128)는 횡방향을 따라 정렬되고, 수직방향을 따라 이격되는 것인 연료 노즐용 연료 공급 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 유입 매니폴드(104)의 주 유입구(118)는 유입 매니폴드(104)의 상류 단부에 위치 설정되고, 유입 매니폴드(104)는 유입 매니폴드(104)의 하류 단부에 후방 플랜지(144)를 더 포함하며, 유입 매니폴드(104)의 하류 단부는 종방향을 따라 유입 매니폴드(104)의 상류 단부 반대측에 있으며, 제1 주 유출구(134), 제2 주 유출구(136) 및 파일럿 유출구(140)는 후방 플랜지(144)의 하류 페이스(146)에 형성되는 것인 연료 노즐용 연료 공급 조립체.
  5. 제4항에 있어서, 후방 플랜지(144)는 직경(D)을 획정하고, 제1 주 유출구(134), 제2 주 유출구(136) 및 파일럿 유출구(140)는 후방 플랜지(144)의 직경(D)을 따라 정렬되는 것인 연료 노즐용 연료 공급 조립체.
  6. 제4항에 있어서, 유입 매니폴드(104)의 중앙 본체(116)를 더 포함하고, 주 유입구(118), 파일럿 유입구(120), 제1 주 유출구(134), 제2 주 유출구(136), 파일럿 유출구(140) 및 후방 플랜지(144)는 중앙 본체(116)에 형성되는 것인 연료 노즐용 연료 공급 조립체.
  7. 제6항에 있어서, 유입 매니폴드(104)의 중앙 본체(116)는 후방 플랜지(144) 상류의 허브 부분(150)을 더 포함하고, 유입 매니폴드(104)는 중앙 본체(116)의 허부 부분(150) 상에 장착하도록 구성된 분리형 플랜지(154)를 더 포함하는 것인 연료 노즐용 연료 공급 조립체.
  8. 제7항에 있어서, 유입 매니폴드(104)의 허브 부분(150)은 홈(166)을 포함하고, 분리형 플랜지(154)는 구멍(162)과 구멍(162) 내의 스플라인(164)을 포함하며, 구멍(162)은, 스플라인(164)이 홈(166)과 정렬될 때에 중앙 본체(116)의 허브 부분(150)을 수용하도록 구성되고, 이에 의해 분리형 플랜지(154)와 중앙 본체(116) 간의 상대 회전이 억제되는 것인 연료 노즐용 연료 공급 조립체.
  9. 제7항에 있어서, 분리형 플랜지(154)는 하류 페이스(158)와, 이 하류 페이스(158) 반대측의 상류 페이스(160)를 포함하고, 후방 플랜지(144)는 상류 페이스(142)와, 이 상류 페이스(142)에 형성된 시일 홈(148)을 포함하며, 시일 홈(148)은 내부에 실링 부재를 유지하도록 구성되고,
    연료 노즐용 연료 공급 조립체는 분리형 플랜지(154)의 하류 페이스(158)에 위치 설정되고, 연소기(16)의 엔드커버(36)에 있는 연료 포트(35)의 플랜지(37)와 실링식으로 체결하도록 구성된 환형 실링 요소(153)를 더 포함하는 것인 연료 노즐용 연료 공급 조립체.
  10. 제7항에 있어서, 중앙 본체(116)는 허브 부분(150)의 상류에 수나사부(156)를 포함하고, 유입 매니폴드(104)는 분리형 플랜지(154)를 중앙 본체(116)에 고정하기 위해 수나사부(156)와 체결하도록 구성된 암나사형 파스너(152)를 더 포함하는 것인 연료 노즐용 연료 공급 조립체.
  11. 연료 노즐용 연료 공급 조립체를 위한 유입 매니폴드(104)로서, 상기 유입 매니폴드(104)는 상호 직교하는 종방향, 횡방향 및 수직방향을 획정하고, 상기 유입 매니폴드(104)는,
    종방향을 따라 배향되는 주 유입구(118);
    수직방향을 따라 배향되는 파일럿 유입구(120);
    유입 매니폴드(104)의 주 유입구(118)와 유체 연통되는 유입 분기부(124)를 포함하는 Y자형 통로(122);
    Y자형 통로(122)의 제1 유출 분기부(126)와 유체 연통되고, Y자형 통로(122)와 제1 주 유출구(134) 사이에서 종방향을 따라 연장되는 제1 주 통로(130);
    Y자형 통로(122)의 제2 유출 분기부(128)와 유체 연통되고, Y자형 통로(122)와 제2 주 유출구(136) 사이에서 종방향을 따라 연장되는 제2 주 통로(132); 및
    파일럿 유입구(120)와 유체 연통되고, 파일럿 유입구(120)와 파일럿 유출구(140) 사이에서 종방향을 따라 연장되는 파일럿 통로(138)
    를 포함하고,
    상기 유입 매니폴드(104)는 중앙 본체(116)를 더 포함하고, 주 유입구(118), 파일럿 유입구(120), Y자형 통로(122), 제1 주 통로(130), 제1 주 유출구(134), 제2 주 통로(132), 제2 주 유출구(136), 파일럿 통로(138) 및 파일럿 유출구(140)는 중앙 본체(116)에 형성되는 것인 유입 매니폴드.
  12. 제11항에 있어서, 주 유입구(118)는 유입 매니폴드(104)의 상류 단부에 위치 설정되고, 유입 매니폴드(104)는 유입 매니폴드(104)의 하류 단부에 후방 플랜지(144)를 더 포함하며, 유입 매니폴드(104)의 하류 단부는 종방향을 따라 유입 매니폴드(104)의 상류 단부 반대측에 있으며, 제1 주 유출구(134), 제2 주 유출구(136) 및 파일럿 유출구(140)는 후방 플랜지(144)의 하류 페이스에 형성되는 것인 유입 매니폴드.
  13. 제12항에 있어서, 후방 플랜지(144)는 중앙 본체(116)에 형성되는 것인 유입 매니폴드.
  14. 제13항에 있어서, 중앙 본체(116)는 후방 플랜지(144) 상류의 허브 부분(150)을 더 포함하고, 유입 매니폴드(104)는 중앙 본체(116)의 허브 부분(150) 상에 장착하도록 구성된 분리형 플랜지(154)를 더 포함하는 것인 유입 매니폴드.
  15. 제14항에 있어서, 중앙 본체(116)는 허브 부분(150)의 상류에 수나사부(156)를 포함하고, 유입 매니폴드(104)는 분리형 플랜지(154)를 중앙 본체(116)에 고정하기 위해 수나사부(156)와 체결하도록 구성된 암나사형 파스너(152)를 더 포함하는 것인 유입 매니폴드.
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