KR20080065551A - 에어포일, 슬리브 및 연소기 조립체를 조립하기 위한 방법 - Google Patents

에어포일, 슬리브 및 연소기 조립체를 조립하기 위한 방법 Download PDF

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비제이 쿠마 투라가
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

연소기 조립체(14)에서의 사용을 위한 슬리브가 제공된다. 슬리브는 상기 슬리브 내에 형성되는 복수의 에어포일 돌출부를 포함하며, 상기 에어포일 돌출부 각각은 연소기 조립체의 냉각 경로(64) 내로 냉각 공기를 안내하도록 구성되며, 각각의 에어포일 돌출부는 선단 에지(542) 및 후단 에지(546)에서 함께 결합되는 한 쌍의 양 측벽(550, 552)을 포함하고, 적어도 하나의 채널(502)이 냉각 공기를 안내하기 위해 측벽 사이에 형성된다. 상기 적어도 하나의 채널은 냉각 경로 내의 에어포일(500, 600) 주위로 유동하는 공기의 방향에 대해 실질적으로 직교하는 방향으로 공기를 안내하도록 구성된다.

Description

에어포일, 슬리브 및 연소기 조립체를 조립하기 위한 방법{AIRFOIL, SLEEVE, AND METHOD FOR ASSEMBLING A COMBUSTOR ASSEMBLY}
본 발명은 일반적으로 가스 터빈 엔진에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 가스 터빈 엔진과 함께 사용하기 위한 연소기 조립체의 냉각에 관한 것이다.
적어도 일부 공지된 가스 터빈 엔진은 엔진 내의 연소 조립체를 냉각하기 위해 냉각 공기를 사용한다. 종종 이러한 냉각 공기는 상기 연소 조립체와 유체 연통관계로 결합된 압축기로부터 공급되곤 한다. 적어도 일부 공지된 가스 터빈 엔진에 있어서, 냉각 공기는 압축기로부터, 각각 변이 부재 및 연소기 라이너에 걸쳐 연장되는 충격 슬리브 및 유동 슬리브 주위로 적어도 일부가 연장되는 플리넘으로 배출된다. 상기 플리넘으로부터의 냉각 공기는 이러한 슬리브의 입구를 통해 유동하여, 상기 충격 슬리브와 변이 부재 사이에 형성된 냉각 경로(변이 경로) 및 상기 연소기 라이너와 유동 슬리브 사이의 냉각 경로(라이너 경로)로 진입한다. 변이 경로를 통해 유동하는 냉각 공기는 라이너 경로로 배출된다. 냉각 공기는 연소기 라이너 및/또는 변이 부재의 금속 표면에 의해 가열되고, 그 후 연소기에 의한 사용을 위해 연료와 혼합된다.
연소 라이너 및 변이 부재는 연소 라이너 및 변이 부재의 기계적 특성을 보호하고, 작동 수명을 연장하기 위해 균등하게 냉각되는 것이 바람직하다. 적어도 일부가 공지된 유동 슬리브 및 충격 슬리브는 이를 통해 냉각 공기가 용이하게 유동하도록 형상화되어 구성된 입구를 포함한다. 그 외 다른 입구는 이미 채널 내에 있는 냉각 공기의 유동과 실질적으로 수직인 각도로 냉각 공기를 냉각 경로로 안내하도록 구성된 개방 단부형 씌움 고리로 충진된다. 이러한 선택사항에 대해, 상기 경로를 통해 유동하는 공기는 대향류의 배향성으로 인해 축선 방향 운동량을 상실할 수 있으며, 또한 플리넘으로부터 진입하는 냉각 공기의 운동량에 대한 장벽을 생성할 수도 있다.
일 측면에 있어서, 연소기 조립체를 조립하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 복수의 입구를 갖는 적어도 하나의 슬리브를 제공하는 단계와, 상기 적어도 하나의 슬리브에 형성된 상기 복수의 입구 중 적어도 하나에 적어도 하나의 에어포일을 결합하는 단계를 포함한다. 에어포일은 선단 에지 및 후단 에지에서 함께 결합되는 한 쌍의 양 측벽을 포함하고, 적어도 하나의 채널이 냉각 공기의 안내를 위해 상기 양 에어포일 측벽 사이에 형성된다. 냉각 공기는 냉각될 연소기 조립체의 일부에서 에어포일 주위로 유동하는 공기의 방향에 실질적으로 직교하여 흐르도록 안내된다. 상기 방법은 냉각될 연소기 조립체의 부분 주위에 상기 적어도 하나의 슬리브를 결합하는 단계를 더 포함한다.
다른 측면에서, 연소기 조립체에서의 사용을 위한 슬리브가 제공된다. 상기 슬리브는 그 내에 형성된 복수의 에어포일 돌출부를 포함하며, 각각의 에어포일 돌출부는 연소기 조립체의 냉각 경로 내로 냉각 공기를 안내하도록 구성된다. 각각의 에어포일 돌출부는 선단 에지와 후단 에지에서 함께 결합된 한 쌍의 양 측벽 및 냉각 공기를 안내하기 위해 상기 양 측벽 사이에 형성된 적어도 하나의 채널을 포함한다. 상기 적어도 하나의 채널은 냉각 경로 내의 에어포일 주위로 유동하는 공기의 방향에 실질적으로 직교하는 방향으로 공기를 안내하도록 구성된다.
또 다른 측면에 있어서, 냉각 공기를 연소기 조립체의 냉각 경로로 안내하기 위한 에어포일이 제공된다. 에어포일은 상기 에어포일이 양 측벽 사이에서 연장되는 중앙 평면에 대해 실질적으로 대칭이도록 선단 에지와 후단 에지에서 함께 결합되는 한 쌍의 상기 양 측벽을 포함한다. 에어포일은 제 1 말단부 및 제 2 말단부를 더 포함하며, 각각의 말단부는 상기 양 측벽과 실질적으로 직교하고, 또한 상기 양 측벽 사이에서 연장된다. 에어포일은 냉각 공기를 안내하기 위한 적어도 하나의 채널을 더 포함한다. 적어도 하나의 채널은 상기 양 측벽 사이에 형성되고, 제 1 말단부 및 제 2 말단부로부터 연장된다.
도 1은 예시적인 가스 터빈 엔진(10)의 개략적인 단면을 도시한다. 엔진(10)은 압축기 조립체(12), 연소기 조립체(14), 터빈 조립체(16) 및 공통 압축기/터빈 회전자축(18)을 포함한다. 엔진(10)은 단지 예시적인 것이라는 점, 본 발명 의 실시예는 엔진(10)에 한정되지 않는다는 점 및 본원에 개시된 유사한 방식으로 냉각이 요구되는 소정의 가스 터빈 엔진 또는 가열 시스템에서 실행될 수도 있다는 점을 인지해야 한다.
작동시에, 공기는 압축기 조립체(12)를 통해 유동하고, 압축된 공기는 연소기 조립체(14)의 냉각 부분 및 연료와의 혼합을 위해 연소기 조립체(14)로 배출된다. 연소기 조립체(14)는 연료, 예를 들어 천연 가스 및/또는 연료유를 공기 유동으로 분사하고, 연료-공기 혼합물을 점화하여 연소를 통해 연료-공기 혼합물을 팽창시키고 고온의 연소 가스 흐름을 생성하게 된다. 연소기 조립체(14)는 터빈 조립체(16)와 유체 연통을 이루며, 고온의 팽창 가스 흐름을 터빈 조립체(16)로 배출한다. 고온의 팽창 가스 흐름은 터빈 조립체(16)에 회전 에너지를 부여하고, 터빈 조립체(16)가 회전자(18)에 회전 가능하게 결합되기 때문에, 회전자(18)는 이어서 회전력을 압축기 조립체(12)에 제공한다.
도 2는 연소기 조립체(14)의 일부에 대한 확대 단면도이다. 연소기 조립체(14)는 터빈 조립체(16) 및 압축기 조립체(12)와 유체 연통으로 결합된다. 압축기 조립체(12)는 이하 추가로 설명되는 바와 같이 연소기 조립체(14)를 통해 공기를 안내하기 위해 서로 유체 연통하여 결합되는 확산기(50) 및 배출 플리넘(52)을 포함한다.
연소기 조립체(14)는 복수의 연료 노즐(56)을 적어도 부분적으로 지지하는 실질적으로 원형의 돔형 플레이트(54)를 포함한다. 돔형 플레이트(54)는 유지 하드웨어(도 2에 도시되지 않음)를 구비한 실질적으로 원통형인 연소 유동 슬리 브(58)에 결합된다. 실질적으로 원통형인 연소기 라이너(60)는 유동 슬리브(58) 내에 위치되고, 유동 슬리브(58)를 통해 지지된다. 라이너(60)는 실질적으로 원통형인 연소기 채널(62)을 형성한다. 보다 구체적으로는, 라이너(60)는 환형 연소 라이너 냉각 경로(64)가 유동 슬리브(58)와 연소기 라이너(60) 사이에 형성되도록 유동 슬리브(58)로부터 반경 방향 내측으로 이격된다. 유동 슬리브(58)는 압축기 배출 플리넘(52)으로부터의 공기의 일부가 라이너 냉각 경로(64)로 유동할 수 있도록 하는 복수의 입구(66)를 형성한다.
충격 슬리브(68)는 상기 충격 슬리브(68)의 상류측 말단부(69)에서 연소기 유동 슬리브(58)와 실질적으로 동심으로 결합된다. 변이 부재(70)는 충격 슬리브(68)의 하류측 말단부(67)에 결합된다. 라이너(60)와 함께, 변이 부재(70)는 챔버(62)에 생성된 연소 가스를 터빈 노즐(84) 하류측으로 용이하게 안내한다. 변이 부재 냉각 경로(74)는 충격 슬리브(68)와 변이 부재(70) 사이에 형성된다. 충격 슬리브(68) 내에 형성된 복수의 개구(76)는 압축기 배출 플리넘(52)으로부터의 공기 유동의 일부가 변이 부재 냉각 경로(74)로 안내될 수 있도록 할 수 있다.
작동시, 압축기 조립체(12)는 축(18)(도 1에 도시됨)을 통해 터빈 조립체(16)에 의해 구동된다. 도 2에 도시된 바와 같이(기류는 화살표로 표시됨), 압축기 조립체(12)가 회전함에 따라, 압축기 조립체는 공기를 압축하고, 압축된 공기를 확산기(50) 내로 배출한다. 예시적인 실시예에서, 압축기 조립체(12)로부터 배출된 공기의 일부는 연소기 챔버(62)를 향해 압축기 배출 플리넘(52)을 통해 안내되고, 압축기 조립체(12)로부터 배출된 공기의 나머지 부분은 엔진(10) 요소를 냉 각하는데 사용하기 위해 하류측으로 안내된다. 보다 구체적으로, 플리넘(52) 내의 가압된 압축 공기의 제 1 유동 레그(78)는 충격 슬리브 개구(76)를 통해 변이 부재 냉각 경로(74)로 안내된다. 그 후, 공기는 변이 부재 냉각 경로(74) 내에서 상류측으로 안내되고, 연소 라이너 냉각 경로(64)로 배출된다. 추가로, 플리넘(52) 내의 가압된 압축 공기의 제 2 유동 레그(80)는 충격 슬리브(68) 주위로 안내되고, 입구(66)를 통해 연소 라이너 냉각 경로(64)로 분사된다. 그 후, 입구(66)로 진입하는 공기 및 변이 부재 냉각 경로(74)로부터의 공기는 라이너 냉각 경로(64) 내에서 혼합되고, 그 후에 라이너 냉각 경로(64)로부터 연료 노즐(56)로 배출되며, 연소 챔버(62) 내에서 연료와 혼합 및 점화된다.
유동 슬리브(58)는 실질적으로 연소 챔버(62) 및 그와 연관된 연소 공정을 예를 들어 터빈 요소를 둘러싸는 주변 환경으로부터 분리한다. 결과적인 연소 가스는 터빈 노즐(84)을 향해 연소 가스 흐름을 안내하는 변이 부재(70)의 공동을 향해, 그리고 상기 공동을 통해 챔버(62)로부터 안내된다.
도 3은 압축 공기가 입구(64)를 거쳐 유동 슬리브(58)를 통해 라이너 냉각 경로(64)로 진입할 때에 있어서 라이너 냉각 경로(64)의 단면도이다. 적어도 일부가 공지된 시스템은 압축 공기를 라이너 냉각 경로(64)로 안내하기 위해 입구(66) 내에 위치되어 상기 입구를 덮는 직선형 씌움 고리(들)(86)를 사용한다. 씌움 고리(86)는, 압축 공기를 추가로 라이너 냉각 경로(64)로 안내함으로써, 그리고 냉각 압축 공기가 라이너(60)[충격 라이너(60)로 언급되기도 함]에 도달할 가능성을 높임으로써 열 전달을 보다 용이하게 한다. 비록, 도 3이 씌움 고리(86) 구비한 경 우와 구비하지 않은 경우 입구(66)를 통해 라이너 냉각 경로(64)로 진입하는 압축 공기를 도시하고 있지만, 유사한 구성이 압축 공기를 변이 부재 냉각 경로(74)로 안내하는데 사용될 수 있다.
압축 공기가 변이 부재 냉각 경로(74) 또는 라이너 냉각 경로(64) 중 하나로 진입할 때, 압력 손실이 발생할 수도 있다. 이러한 압력 손실 중 일부는 기류가 경로 기류와 혼합할 때 및/또는 라이너(60) 또는 변이 부재(70) 상에 충돌할 때 발생하는 손실과 같이 열 전달을 최대화하기 때문에 유용하다. 그러나 그 외 다른 손실은 덤프 손실(dump loss) 및 터닝 손실(turning loss)이기 때문에 소모적이다.
유용한 압력 손실을 최대화하고, 낭비되는 압력 손실을 최소화하기 위해, 씌움 고리(86), 라이너 냉각 경로(64) 및 변이 부재 냉각 경로(74)는 테일러-고틀러형 유동(Taylor-Gortler of flow)(난기류로 언급되기도 함)를 유지하도록 구성될 수 있다. 도 4 및 도 5는 화살표로 기류의 방향이 표시된 각각 공기의 평행류와 난류를 도시한다. 평행 기류는 난기류보다 경로 기류와의 혼합이 적고, 라이너(60) 또는 변이 부재(70)와의 충돌이 적을 수도 있다.
본 발명의 실시예는 또한 열 전달을 증대시킴으로써 연소기를 용이하게 냉각하기 위해 사용될 수 있으며, 또한 압력 손실의 양을 용이하게 감소시키기 위해 사용될 수 있다.
도 6 내지 도 9는 유동 슬리브(58) 또는 충격 슬리브(68)와 같은 슬리브(106)와 함께 사용될 수도 있는 에어포일을 도시한다. 에어포일은 예를 들어, 교차 유동(즉, 경로 유동) 운동량 대 채널 유동 운동량의 비율이 매우 높을 때, 사 용될 수 있으며, 또한 웨이크 형성(wake formation)으로 인해 압력 손실을 감소시키는 것이 요구될 때 사용될 수도 있다. 도 6은 에어포일(500)의 예시적인 실시예에 대한 단면도를 도시한다. 에어포일(500)은 냉각 공기가 그 사이를 지날 수 있도록 구성되는 채널(502)을 형성한다. 비록 채널(502)이 실질적으로 원형 경로이지만, 채널(502)은 공기가 이를 통해 지날 수 있는 소정의 형상 또는 구성일 수 있다.
또한, 에어포일(500)은 상기 에어포일(500)이 슬리브(106)에 위치될 때, 상기 슬리브(106)와 결합하는 플랜지부(504)를 포함한다. 플랜지부는 양 측벽(550, 552)으로부터 연장되고 외측 폭을 갖는다. 경로부(560)는 각각의 양 측벽(550, 552)의 외측면에 의해 형성되고, 외측 폭을 갖는다. 경로부(560)는 플랜지부(504)로부터 하류측[채널(502)에 대해]에서 상기 플랜지부에 결합된다. 플랜지부(504)의 외측 폭은 상기 플랜지부(504)가 슬리브(106)를 통해 강제될 수 없도록 경로부(560)의 외측 폭보다 크다.
도 7은 에어포일(500)의 저면도이다. 에어포일(500)은 선단 에지(542) 및 후단 에지(546)를 형성하는 제 1 측벽(550) 및 제 2 측벽(552)을 포함하는 실질적으로 공기역학적 형상을 구비한다. 선단 에지(542)는 경로(107)의 기류를 전환시킨다. 일부 실시예에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 선단 에지(542)는 라이너 또는 변이 부재를 향해 추가로 경로(107) 내로 경로 기류를 하향 안내하도록 구성된 핀부(543)를 포함한다. 일부 실시예에서, 선단 에지(542)는 웨이크 형성을 추가로 감소시키기 위해 첨점부(544)(도 6 및 도 7에 도시됨)를 포함한다. 다른 실시예에 서, 선단 에지(542)는 실질적으로 삼각형이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 선(549)에 의해 표시된 중앙 평면은 에어포일(500)이 상기 중앙 평면을 기준으로 대칭이 되도록 측벽(550, 552) 사이에서 연장된다. 또한, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 에어포일(500)은 제 1 말단부(541) 및 제 2 말단부(540)를 포함하며, 상기 말단부 각각은 실질적으로 양 측벽(550, 552)에 직교하고 상기 양 측벽 사이에서 연장된다. 일부 실시예에서, 말단부(540, 541)는 실질적으로 편평하다. 다른 실시예에서, 말단부(540, 541) 중 적어도 일부는 공기역학적으로 구성된다.
에어포일(500)의 후단 에지(546) 역시 웨이크 형성을 감소시키도록 구성된다. 후단 에지(546)는 측벽이 하류측으로 연장됨에 따라 측벽(550, 552)이 좁아지는 에어포일(500)의 부분으로 형성된다. 후단 에지(546)는 선단 에지(542)보다 길다. 일 실시예에서, 측벽(550, 552)은 말단점(548)에서 테이퍼진다.
도 8 및 도 9는 다채널을 구비하는 에어포일(600)을 도시한다. 에어포일(600)은 전술한 에어포일(500)과 유사하게 구성된다. 에어포일(600)은 상기 에어포일(600)이 슬리브(106)의 개구 사이에 위치될 때, 슬리브(106)와 결합하는 플랜지부(604)를 포함한다. 에어포일(600)은 제 1 측벽(650) 및 제 2 측벽(652)을 포함하는 실질적으로 공기역학적 형상이며, 이는 선단 에지(642), 후단 에지(644), 제 1 채널(643) 및 제 2 채널(645)를 형성한다. 선단 에지(642)는 제 1 채널(643)에 결합되거나 상기 제 1 채널(543)에 인접하여 위치되며, 후단 에지(644)는 제 2 채널(645)에 결합되거나 상기 제 2 채널에 인접하여 위치된다. 선단 에지(642) 및 후단 에지(644)는 선단 에지(542) 및 후단 에지(546)(전술됨)와 유사하게 구성된다. 또한, 비록 도 9의 채널(643, 645)이 서로에 대해 그리고 경로 기류의 방향에 대해 정렬되지만, 본 발명의 실시예는 경로 기류의 방향 및 서로 일렬로 정렬되지 않는 채널을 포함할 수도 있다.
또한, 일부 실시예에서, 에어포일(600)은 2개의 채널이 연결되는 요홈부(648)를 포함한다. 비록, 도 8 및 도 9는 제 1 채널(643) 및 제 2 채널(645)을 연결하는 요홈부(648)를 도시하지만, 본 발명의 실시예는 3개 이상의 채널, 임의로 상기 채널을 연결하는 추가의 요홈부(648)를 포함할 수도 있다. 일 실시예에서, 요홈부(648)의 적어도 일부는 제 1 채널(643) 및 제 2 채널(645)의 깊이 또는 선단 에지(642) 또는 후단 에지(644)의 최대 깊이보다 얕은 냉각 경로로 소정의 깊이로 연장된다. 또한, 일부 실시예에서, 요홈부(648)의 양 측벽(650, 652)은 요홈부(648)의 적어도 일부에 대한 삼각형 또는 첨점부 형상으로 함께 만나게 된다. 이 부분은 라이너 또는 변이 부재의 방향으로 하류측(채널 기류에 대해)을 지향한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 라인(649)에 의해 표시된 중앙 평면은 에어포일(600)이 상기 중앙 평면을 기준으로 대칭이 되도록 측벽(650, 652) 사이에서 연장된다. 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 에어포일(600)은 제 1 말단부(641) 및 제 2 말단부(640)를 포함하며, 상기 말단부(640, 641) 각각은 실질적으로 양 측벽(650, 652)에 직교하고, 또한 상기 양 측벽 사이에서 연장된다. 일부 실시예에서, 말단부(640, 641)는 실질적으로 편평하다. 다른 실시예에서, 말단부(640, 641) 중 적어도 일부는 공기역학적으로 구성된다.
에어포일이 기다란 길이를 구비할 수 있기 때문에, 슬리브(106) 내의 곡선은 에어포일의 레벨링 조절을 요구할 수도 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 플랜지부(604)는 슬리브(106)의 디자인에 맞추기 위해 다중 레벨을 포함할 수도 있다. 비록, 도 8이 에어포일(600)을 위한 다중 레벨을 도시하고 있지만, 다중 레벨은 에어포일(500)을 위해서도 사용될 수도 있다. 이러한 레벨은 가변성 두께를 가질 수 있다. 대안예에서, 플랜지부(604)(또는 504)는 상기 플랜지부가 슬리브(106)와 동일 평면이 되거나 평탄해질 때까지 완만하게 경사진다. 다른 실시예에서, 에어포일(500, 600)은 슬리브(106)와 동일한 곡률을 갖도록 제조되며, 따라서 레벨링 조절에 대한 필요성을 감소시키거나 없앨 수 있다.
비록, 에어포일(500, 600)이 슬리브(106)로부터 별도이거나 제거 가능한 것으로 나타나 있지만, 본 발명의 실시예는 본원에 설명된 에어포일과 유사한 형상인 에어포일 돌출부를 형성하거나 형상화하도록 제조되는 슬리브(들)(106)에 일체형[즉, 슬리브(106)와 결합되거나 고정됨]인 에어포일을 더 포함한다. 에어포일(500, 600), 슬리브(106) 또는 주형 플레이트(740)(이하 설명됨)는 유동 슬리브 또는 충격 슬리브를 제조하기 위해 사용되는 재료를 포함하여, 열, 압력 및 연소 조립체의 진동을 견딜 수 있는 소정의 적합한 재료로 제조될 수 있다.
본 발명의 실시예는 유동 슬리브(58) 및 충격 슬리브(68)와 같은 슬리브(106)의 일부에 삽입되거나 결합될 수 있는 주형 플레이트(740)를 더 포함한다. 도 10은 주형 플레이트(740)의 사시도이며, 도 11은 주형 플레이트(740)의 단면도 이다. 주형 플레이트(740)는 연소기 조립체(14)의 변이 부재 냉각 경로(74) 내로 냉각 공기를 용이하게 안내하도록 구성된다. 주형 플레이트(740)는 외측면(742), 내측면(744) 및 상기 외측면(742)과 내측면(744) 사이에서 연장되는 복수의 개구(746)를 포함한다. 외측면(742)은 유동 슬리브(58) 또는 충격 슬리브(68)의 일부의 윤곽과 실질적으로 정합하도록 형상화 및 설계된다.
그러나 주형 플레이트(740)는 소정의 위치에 배치될 수 있으며, 주형 플레이트(740)는, 열전달이 불확실하고, 압력장이 실질적으로 변경되거나, 또는 압력 진동이 예상되는 경우 특히 유용하다. 예를 들어, 도 1은 충격 슬리브(68)의 하류측 말단부 근처에 배치된 주형 플레이트(740)를 도시한다. 주형 플레이트(740)는 연소기 조립체(14)의 작동자가 열 전달, 압력 손실 감소, 또는 슬리브(106)의 일부를 위한 연소 역학의 감소 중 하나를 최적화할 수 있게 한다.
주형 플레이트(740)는 냉각 공기를 개구를 통해 안내하기 위해 슬리브에 고정적으로 결합되거나 제거 가능하게 결합될 수도 있다. 개구(746)는 씌움 고리(86)와 같은 씌움 고리를 고정하도록 크기가 정해지거나, 또는 에어포일(500, 600)(도 11에 도시됨)과 같은 에어포일을 고정하도록 크기가 정해질 수 있다. 에어포일 또는 씌움 고리는 열 전달, 연소 동역학 또는 압력 강하에 대한 요구를 충족시키기 위해 주형 플레이트(740)에 고정될 수 있다.
주형 플레이트(740)는 작동자로 하여금 연소기 조립체(14)의 작동 조건이 변경될 때, 연소기 조립체(14)의 냉각을 재구성하도록 할 수 있다. 예를 들어, 씌움 고리(86) 또는 에어포일(500, 600)에 결합되는 것에 더해, 개구(746)는 연소기 조 립체의 작동 또는 시험 동안 덮히거나 폐쇄될 수 있다. 또한, 개구(746)는 예를 들어 2열과 같은 격자형으로 배열될 수도 있으며, 또한 연소기 조립체(14)의 냉각, 압력 손실의 감소 및 연소 동역학의 완화 중 하나를 용이하게 하도록 배열될 수도 있다.
본 발명은 연소기 조립체에 사용하기 위한 슬리브를 더 제공한다. 슬리브는 상기 슬리브 내에 형성되는 복수의 에어포일 돌출부를 포함하며, 상기 에어포일 돌출부 각각은 연소기 조립체의 냉각 경로 내로 냉각 공기를 안내하도록 구성된다. 에어포일 돌출부 각각은 선단 에지 및 후단 에지, 그리고 냉각 공기를 안내하기 위해 상기 측벽 사이에 형성되는 적어도 하나의 채널에서 함께 결합되는 한 쌍의 양 측벽을 포함한다. 상기 적어도 하나의 채널은 냉각 경로 내의 에어포일 주위로 유동하는 공기의 방향에 대해 실질적으로 직교하는 방향으로 공기를 유도하도록 구성된다.
본 발명은 또한 연소기 조립체를 조립하기 위한 방법을 제공한다. 상기 방법은 복수의 입구를 갖는 적어도 하나의 슬리브를 제공하는 단계와, 상기 적어도 하나의 슬리브 내에 형성되는 복수의 입구 중 적어도 하나에 적어도 하나의 에어포일을 결합하는 단계를 포함한다. 에어포일은 선단 에지 및 후단 에지에서 함께 결합되는 한 쌍의 양 측벽을 포함하며, 적어도 하나의 채널은 냉각 공기를 안내하기 위한 에어포일 측벽 사이에 형성된다. 냉각 공기는 냉각될 연소기 조립체의 일부에서 에어포일 주위로 유동하는 공기의 방향에 실질적으로 직교하게 유동하도록 안내된다. 상기 방법은 냉각될 연소기 조립체의 부분 주위에 적어도 하나의 슬리브 를 결합하는 단계를 더 포함한다.
본원에 사용된 바와 같이, 단수로 인용되고 "하나"라는 단어로 시작되는 요소 또는 단계는 명시적으로 복수형을 배제하지 않는 한, 복수의 상기 요소 또는 단계를 배제하는 것이 아니라는 것을 이해해야 한다. 또한, 본 발명의 "일 실시예"라고 언급된 것은 개시된 특징을 통합하는 추가의 실시예의 존재를 배제하는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다.
본원에 개시된 내용은 감소된 온도 구배가 존재하도록 변이 부재(70) 및 연소기 라이너(60)의 냉각이 최적화될 수 있도록 하는 에어포일, 슬리브 및 주형 플레이트에 대한 실시예이다. 유사하게, 본 발명의 실시예는 압력 손실 감소를 용이하게 한다. 또한, 본원에 개시된 씌움 고리, 에어포일 및 주형 플레이트 중 일부는 제거 가능하고, 만약 연소 공정에 있어서의 변경(예를 들어, 로딩 일정, 점화 온도, 연료 등의 변경)이 있을 경우, 그 배열체는 변경될 수 있다.
비록, 본원에 개시된 장치 및 방법이 가스 터빈 엔진용 연소기 조립체와 관련하여 개시되었지만, 상기 장치 및 방법은 연소기 조립체 또는 가스 터빈 엔진에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다. 유사하게, 예시된 구성요소는 본원에 개시된 특정 실시예에 한정되는 것이 아니며, 에어포일 및 슬리브의 구성요소는 본원에 개시된 다른 구성요소와 독립적으로, 그리고 별도로 사용될 수 있다.
비록, 본 발명이 여러 특정 실시예에 대해 설명되었지만, 당업자는 본 발명이 특허청구범위의 취지 및 범위 내에서 변형하여 실시할 수 있음을 인지할 것이다.
도 1은 예시적인 가스 터빈 엔진의 개략적인 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 가스 터빈 엔진과 함께 사용될 수 있는 예시적인 연소기 조립체의 일부에 대한 확대 단면도,
도 3은 압축 냉각 공기가 진입하는 경우에 있어서의 라이너 경로의 단면도,
도 4는 도 3에 도시된 라이너 경로에 형성될 수 있는 공기의 평행 유동을 도시하는 도면,
도 5는 도 3에 도시된 라이너 경로에 형성될 수 있는 난기류를 도시하는 도면,
도 6은 도 3에 도시된 라이너 경로와 함께 사용되는 에어포일의 예시적인 실시예에 대한 단면도,
도 7은 도 6에 도시된 에어포일의 사시도,
도 8은 도 3에 도시된 라이너 경로와 함께 사용되는 다채널 에어포일의 추가 실시예에 대한 단면도,
도 9는 도 8에 도시된 다채널 에어포일의 사시도,
도 10은 주형의 예시적인 실시예에 대한 사시도,
도 11은 도 10에 도시된 주형의 단면도.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※
10: 엔진 12: 압축기 조립체
14: 연소기 조립체 16: 터빈 조립체
50: 확산기 52: 압축기 배출 플리넘
54: 돔형 플레이트 56: 연료 노즐
58: 유동 슬리브 60: 라이너
62: 연소기 채널 64: 라이너 냉각 경로
70: 변이 부재

Claims (10)

  1. 연소기 조립체(14)에 사용하기 위한 슬리브에 있어서,
    상기 슬리브 내에 형성된 복수의 에어포일 돌출부를 포함하고,
    상기 에어포일 둘출부 각각은,
    상기 연소기 조립체의 냉각 경로(64) 내로 냉각 공기를 안내하도록 구성되며,
    선단 에지(542) 및 후단 에지(546)에서 함께 결합되는 한 쌍의 대향 측벽(550, 552)과,
    냉각 공기를 안내하기 위해 상기 대향 측벽 사이에 형성되는 적어도 하나의 채널(502)로서, 상기 냉각 경로 내의 에어포일(500, 600) 주위로 유동하는 공기의 방향과 실질적으로 직교하는 방향으로 공기를 안내하도록 구성되는, 상기 적어도 하나의 채널(502)을 포함하는
    연소기 조립체에 사용하기 위한 슬리브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 에어포일 돌출부는 상기 양 측벽(550, 552) 사이에서 연장되는 중앙 평면을 중심으로 실질적으로 대칭인
    연소기 조립체에 사용하기 위한 슬리브.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 에어포일 돌출부 각각의 상기 선단 에지(542)는 첨점 형상(cusp-shaped)인
    연소기 조립체에 사용하기 위한 슬리브.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 에어포일 돌출부 각각은 상기 한 쌍의 양 측벽(550, 552) 사이에 형성되는 복수의 채널(643, 645)을 포함하는
    연소기 조립체에 사용하기 위한 슬리브.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 에어포일 돌출부 각각을 위한 상기 복수의 채널(643, 645)의 각 채널은 기류 방향을 가지며, 상기 각각의 채널 기류 방향은 서로 평행인
    연소기 조립체에 사용하기 위한 슬리브.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 에어포일 돌출부 각각은 상기 복수의 채널(643, 645) 중 2개 사이에서 연장되는 적어도 하나의 요홈부(648)를 포함하는
    연소기 조립체에 사용하기 위한 슬리브.
  7. 연소기 조립체(14)의 냉각 경로(64) 내로 냉각 공기를 안내하기 위한 에어포일(500, 600)에 있어서,
    선단 에지(642) 및 후단 에지(644)에서 함께 결합되는 한 쌍의 대향 측벽(550, 552)으로서, 상기 에어포일이 상기 대향 측벽 사이에서 연장되는 중앙 평면을 중심으로 실질적으로 대칭인, 상기 한 쌍의 대향 측벽(550, 552)과,
    각각이 상기 대향 측벽에 실질적으로 직교하고, 또한 상기 대향 측벽 사이에서 연장되는 제 1 말단부(641) 및 제 2 말단부(640)와,
    냉각 공기를 안내하기 위한 적어도 하나의 채널(502)로서, 상기 측벽 사이에서 형성되고 상기 제 1 말단부로부터 상기 제 2 말단부로 연장되는, 상기 적어도 하나의 채널(502)을 포함하는
    연소기 조립체의 냉각 경로로 냉각 공기를 안내하기 위한 에어포일.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 선단 에지는 첨점 형상(cusp-shaped)인
    연소기 조립체의 냉각 경로로 냉각 공기를 안내하기 위한 에어포일.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 에어포일은 상기 한 쌍의 양 측벽(550, 552) 사이에 형성되는 복수의 채널(643, 645)을 포함하는
    연소기 조립체의 냉각 경로로 냉각 공기를 안내하기 위한 에어포일.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 채널(643, 645) 중 2개 사이에 형성되는 적어도 하나의 요홈부(648)를 더 포함하는
    연소기 조립체의 냉각 경로로 냉각 공기를 안내하기 위한 에어포일.
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