KR20130037183A - 가스 터빈 입구를 가열하는 방법 - Google Patents

가스 터빈 입구를 가열하는 방법 Download PDF

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프라바카란 사라스와띠 라제시
라훌 자이카란 칠라
브레들리 아론 키펠
리키 다릴 콘라드
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

공기 입구 시스템은 공기 흐름을 전달한다. 이 시스템은 공기 흐름의 온도를 변화시키도록 되어 있는 온도 제어부를 포함한다. 이 온도 제어부는 공기 흐름의 상이한 부분들에 걸쳐 온도 편차 분포를 부여한다. 본 시스템은 천이부, 하나 이상의 유동 전환기, 하나 이상의 스크린 및/또는 유동 분할기를 또한 포함하여 공기 흐름의 상이한 온도 편차 부분들의 혼합을 일으켜 온도 편차 분포를 줄여준다.

Description

가스 터빈 입구를 가열하는 방법{METHOD OF HEATING GAS TURBINE INLET}
본 발명은 가스 터빈, 더 구체적으로는, 입구 시스템으로부터 가스 터빈 안으로 유입하는 공기의 열적 혼합을 개선하는 가스 터빈용 입구 시스템에 관한 것이다.
가스 터빈용 입구 시스템은 일반적으로 가스 터빈에 전달되는 공기를 처리하는데 사용된다. 공기는 여과, 가열, 냉각 등으로 처리될 수 있다. 가열된 공기를 가스 터빈에 제공하면, 플랜트 효율을 개선할 수 있는데, 하지만 가스 터빈의 입구에서 열적 왜곡을 일으킬 수 있다. 가열된 공기는 입구 시스템내에서의 열적 혼합 및 혼합 길이의 부족으로 인해 그 입구 시스템 내에서 열적 왜곡을 나타낼 수 있다. 예컨대, 더 따뜻한 공기는 입구 시스템의 정상부쪽에 모일 수 있고 반면 더 차가운 공기는 입구 시스템의 바닥쪽에 모일 수 있다. 이 온도차는 입구 시스템 전체에 걸쳐 그 입구 시스템의 출구까지 존재할 수 있다. 그러나, 가스 터빈내의 압축기의 효율과 구조 수명을 증가시키기 위해서는, 입구 시스템의 출구에서 공기의 최대 열적 왜곡(예컨대, 최대 온도와 최소 온도간의 온도차)이 10 ℉ 이하로 되어야 한다.
따라서, 실질적으로 균일한 온도 분포를 갖는 공기를 얻기 위해 입구 시스템내에서 공기를 혼합하는 방법 및/또는 장치를 제공하는 것이 유용할 것이다. 추가적으로, 입구 시스템의 전체적인 설계에 있어서 큰 변경 없이 상기 문제를 해결할 수 있는 방법 및/또는 장치를 제공하는 것이 유용할 것이다.
다음 요약은 여기서 논의하는 시스템 및/또는 방법의 일부 양태에 대한 기본적인 이해를 제공하기 위해 간략한 요약을 제시한다. 이 요약은 여기서 논의하는 시스템및/또는 방법의 광범위한 개관은 아니다. 이는 그러한 시스템 및/또는 방법의 중요한/중대한 요소를 밝히거나 또는 그의 범위를 규정하고자 하는 것이 아니다. 이의 유일한 목적은 뒤에 제시될 보다 상세한 설명에 앞서 일부 개념을 간단하게 제시하기 위한 것이다.
일 양태에 따르면, 본 발명은 공기 흐름을 전달하기 위한 공기 입구 시스템을 제공한다. 이 시스템은 공기 흐름의 온도를 변화시키도록 되어 있는 온도 제어부를 포함한다. 이 온도 제어부는 공기 흐름의 상이한 부분들에 걸쳐 온도 편차 분포를 부여한다. 상기 시스템은 온도 제어부의 하류에 배치되는 천이부를 또한 포함한다. 상기 천이부는 이 천이부에 들어가는 공기 흐름의 유동 방향에 대해 평행하지도 수직하지도 않은 각도로 배향되는 표면을 가져 공기 흐름의 상이한 온도 편차 부분들의 혼합을 일으켜 온도 편차 분포를 줄여준다.
다른 양태에 따르면, 본 발명은 공기 흐름을 전달하기 위한 공기 입구 시스을 제공한다. 이 시스템은 공기 흐름의 온도를 변화시키도록 되어 있는 온도 제어부를 포함한다. 이 온도 제어부는 공기 흐름의 상이한 부분들에 걸쳐 온도 편차 분포를 부여한다. 상기 시스템은 상기 온도 제어부의 하류에 배치되는 적어도 하나의 유동 전환기를 포함한다. 상기 적어도 하나의 유동 전환기는 이 적어도 하나의 유동 전환기를 지나는 공기 흐름의 유동 방향에 대해 횡으로 연장되어 있어 그 공기 흐름을 적어도 하나의 유동 전환기 주위로 방향 전환시켜 공기 흐름의 상이한 온도 편차 부분들의 혼합을 일으켜 온도 편차 분포를 줄여준다.
다른 양태에 따르면, 본 발명은 공기 흐름을 전달하기 위한 공기 입구 시스을 제공한다. 이 시스템은 공기 흐름의 온도를 변화시키도록 되어 있는 온도 제어부를 포함한다. 이 온도 제어부는 공기 흐름의 상이한 부분들에 걸쳐 온도 편차 분포를 부여한다. 상기 시스템은 온도 제어부의 하류에 배치되는 적어도 하나의 스크린을 포함한다. 상기 적어도 하나의 스크린은 이 적어도 하나의 스크린을 지나는 공기 흐름의 유동 방향에 대해 횡으로 연장되어 있다. 공기 흐름의 적어도 제 1 부분은 상기 스크린을 통과하여 난류를 일으키고 또한 공기 흐름의 상이한 온도 편차 부분들의 혼합을 일으켜 온도 편차 분포를 줄여준다. 상기 시스템은 온도 제어부의 하류에서 공기 흐름내에 배치되는 유동 전환기를 또한 포함하고, 이 유동 전환기는 공기 흐름의 적어도 일부를 유동 전환기의 제 1 측으로 방향 전환시키고 또한 공기 흐름의 적어도 일부를 유동 전환기의 제 2 측으로 방향 전환시켜 난류를 일으키고 또한 공기 흐름의 상이한 온도 편차 부분들의 혼합을 일으켜 온도 편차 분포를 줄여준다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당 업자라면 첨부된 도면을 참조하면서 이하의 설명을 읽음으로써 본 발명의 전술한 그리고 다른 양태들을 명백히 알 수 있을 것이다.
도 1 은 예시적인 가스 터빈용 입구 시스템의 개략적인 사시도,
도 2는 본 발명의 일 양태에 따른 예시적인 천이부를 포함하는 도 1의 예시적인 입구 시스템의 개략적인 횡단면도,
도 3은 도 2의 천이부를 포함하는 예시적인 입구 시스템의 개략적인 사시도,
도 4a는 도 2 및 3의 천이부를 갖지 않는 예시적인 입구 시스템의 온도 분포 측면도,
도 4b는 도 2 및 3의 천이부를 갖지 않는 예시적인 입구 시스템의 출구에서의 온도 분포도,
도 4c는 도 2 및 3의 천이부를 갖는 예시적인 입구 시스템의 온도 분포 측면도,
도 4d는 도 2 및 3의 천이부를 갖는 예시적인 입구 시스템의 출구에서의 온도 분포도,
도 5는 도 2 및 3의 예시적인 천이부를 갖는 경우와 갖지 않는 경우의 예시적인 입구 시스템에서 온도 분포의 관계를 나타내는 그래프,
도 6은 본 발명의 다른 양태에 따른 예시적인 유동 전환기를 포함하는 제 2 실시예의 입구 시스템의 개략적인 횡단면도,
도 7은 본 발명의 다른 양태에 따른 예시적인 스크린과 예시적인 유동 분할기를 포함하는 제 3 실시예의 입구 시스템의 개략적인 횡단면도.
본 발명의 하나 이상의 양태를 포함하는 예시적인 실시 형태가 설명될 것이고 도면에 도시되어 있다. 이들 도시된 실시예는 본 발명을 한정하려고 하는 것이 아니다. 예컨대, 본 발명의 하나 이상의 양태는 다른 실시 형태에서 또한 심지어 다른 종류의 장치에서도 이용될 수 있다. 더욱이, 어떤 용어는 여기서 단지 편의상 사용되는 것으로, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 도면에서 동일한 참조 번호는 동일한 요소를 나타내는데 사용된다.
도 1은 출구(14)로부터 유출 공기 흐름(12)을 전달하기 위한 본 발명의 일 양태에 따른 예시적인 입구 시스템(10)이 도시되어 있는데, 이 입구 시스템은 가스 터빈과 같은 장치(미도시)에 이용될 수 있다. 나타나 있는 실시예에서, 출구(14)는 유출 공기 흐름(12)이 통과하는 일반적인 링 단면 형상 영역을 갖는다. 물론, 다른 형상도 제공될 수 있다. 유입 공기 흐름(13)이 외부 지점으로부터 입구 시스템(10) 안으로 흡인될 수 있다.
도 1의 실시예에 나타나 있는 입구 시스템(10)의 일 부분을 보면, 출구(14)는 덕트부(18)와 유체 연통한다. 출구(14)는 덕트(18)에 인접하여 그 하류에 배치된다. 덕트부(18)는 공기 흐름(13)이 통과할 수 있는 통로를 형성할 수 있다. 덕트부(18)는 실질적으로 90°인 굴곡부를 갖는 것으로 나타나 있다. 그러나, 덕트부(18)는 많은 다른 크기, 형상 및 구성을 취할 수 있으며, 도 2의 실시예에 나타나 있는 구조에 한정되지 않는다. 예컨대, 덕트부(18)는 90°의 굴곡부 없이 실질적으로 곧게 될 수 있다. 유사하게, 덕트부(18)는 하나의 굴곡부 또는 여러 개의 굴곡부를 포함할 수 있다. 따라서, 덕트부(18)는 덕트부(18)를 통한 공기 흐름(13)의 통과를 실질적으로 변경하지 않는 많은 구성을 취할 수 있다.
상기 입구 시스템(10)은 입구부(20)를 포함한다. 이 입구부(20)는 도 1에서 다소 일반적으로 나타나 있음을 알아야 한다. 이 일반적인 표현은 도 1에 나타나 있는 입구 시스템(10)의 입구부(20)가 종래 기술의 구성 또는 다음에서 설명하는 바와 같은 본 발명의 하나 이상의 양태에 따른 구성을 나타낼 수 있다는 개념을 전달하기 위한 것이다.
상기 입구부(20)는 하나 이상의 후드(22)를 포함한다. 이 후드(22)는 적어도 몇몇 물질 및/또는 강하물의 유입으로부터 입구 시스템(10)을 보호하는 것을 도와주는 차폐 기능을 제공할 수 있으며, 그렇지 않으면 상기 물질과 강하물은 입구부(20)에 들어갈 수 있다. 후드(22)가 유입을 차폐할 수 있는 물질의 예를 들면, 나뭇잎, 가지, 동물, 먼지, 미립자 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 후드(22)가 유입을 제한할 수 있는 강하물의 예를 들면, 물, 빗물, 눈, 싸라기 눈, 진눈깨비 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 나타나 있는 실시예에서, 복수의 후드들이 입구부(20)를 가로질러 적층 형태로 모여져 있다 (예컨대, 각 후드는 좌측에서 우측으로 연장되어 있고, 후드들은 수직 방향 연장 배열로 위치된다). 후드(22)는 입구부(20)로부터 외측으로 연장되어 있다. 물론, 후드(22)는 나타난 실시예에 한정되지 않고, 많은 다른 크기, 형상 및 구성을 취할 수 있다. 더욱이, 후드(22)는 상기 물질 및/또는 강하물로부터 가해지는 어느 정도의 충격력을 견디도록 설계될 수 있다. 예컨대, 후드(22)는 입구부(20)에 들어가는 강하물의 양을 여전히 줄이면서 파손됨이 없이 폭우, 바람 또는 쌓인 눈과 같은 무거운 강하물을 견딜 수 있다.
예시적인 입구 시스템(10)은 입구부(20)에 인접하여 그 하류에 배치되는 감소부(19)를 포함한다. 이 감소부(19)는, 더 큰 단면적을 가지며 입구부(20)에 인접하여 위치되는 입구 부분 및 더 작은 단면적을 가지며 입구부(20)로부터 원위에 위치하는 출구 부분을 갖는다. 그래서, 감소부(19)는 테이퍼형으로 되어 있으며, 따라서 감소부(19)의 상류 부분의 단면적은 하류 부분의 단면적 보다 크다. 공기 흐름(13)은 감소부(19)의 입구 부분에 들어가 감소부(19)를 통과하여 그 감소부(19)의 출구 부분을 통해 나간다.
예시적인 입구 시스템(10)은 소음기부(또는 간단히 소음기)(16)를 더 포함한다. 이 소음기(16)는 감소부(19)와 덕트부(18)에 인접하여 그리고/또는 그 감소부의 하류와 덕트부의 상류에 배치된다. 공기 흐름(13)은 감소부(19)로부터 소음기(16)를 통과해서 덕트부(18)로 가게 된다. 소음기(16)는 입구 시스템(10)내에 배치될 수 있으며, 그 입구 시스템(10) 내에서 발생되는 소음을 감쇠시킬 수 있다. 소음기는 당업계에서 잘 알려져 있는 것으로, 소음을 줄이고/줄이거나 감쇠시키는 많은 상이한 구조를 포함할 수 있다. 따라서, 여기서 설명하는 소음기(16)는 소음을 줄이고/줄이거나 감쇠시키는 기능을 하는 많은 상이한 소음기를 포함할 수 있다.
이제 도 1에 나타나 있는 부분을 보면, 입구부(20), 감소부(19), 소음기(16), 덕트부(18) 및 출구부(14)는 모두 차례대로 서로 유체 연통하고 있음을 알 수 있을 것이다. 도 1의 입구 시스템(10)은 단지 일반적으로 개략적으로만 나타나 있는 것이고 본 발명을 한정하는 것은 아님을 이해해야 한다. 따라서, 입구 시스템(10)은 나타난 실시예의 구조에 한정되지 않고, 많은 방식으로 변경될 수 있다. 예컨대, 입구 시스템(10)은 본 실시예에는 나타나 있지 않은 다른 구조를 포함할 수 있으며 그리고/또는 나타나 있는 구조 중의 일부가 없이 작동될 수 있다. 추가로, 입구 시스템(10)은 다양한 다른 구조와도 사용될 수 있으며 가스 터빈에 한정되지 않는다. 예컨대, 입구 시스템(10)은 부분 부하 작동 중인 압축기, 임의의 유형의 복합 사이클 발전소 등과 작동 관련될 수 있다.
이제 도 2 및 3을 참조하면, 본 발명의 일 양태에 따른 도 1의 예시적인 입구 시스템(10)의 다른 상세 구성이 나타나 있다. 구체적으로, 도 2 및 3에 나타나 있는 실시예의 경우, 입구 시스템(10)의 입구부(20)는 여러 요소를 포함한다. 먼저, 온도 제어부(24)가 제공된다. 이 온도 제어부(24)는 후드(22)의 하류에서 그에 인접하여 또는 그 근처에 배치될 수 있다. 따라서 온도 제어부(24)는 처음로 입구부(20) 안으로 들어가는 공기 흐름(13)을 받을 수 있다. 따라서, 공기 흐름(13)은 외부 지점으로부터 후드(22)를 지나 온도 제어부(24)로 가거나 이를 통과할 수 있다. 온도 제어부(24)는 이 온도 제어부(24)를 통과하는 공기 흐름(13)의 온도를 변화시킬 수 있다. 따라서, 온도 제어부(13)를 떠나는 공기 흐름(13)은 온도 제어부(24)에 들어가는 공기 흐름(13)과는 다른 온도를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 온도 제어부(24)는 공기의 온도를 증가시켜 공기 흐름(13)을 가열할 수 있다. 이러한 실시예에서, 온도 제어부(24)는 가열기(들), 가열 코일(들), 열교환기(들) 등을 포함한 다양한 가열 구조를 포함할 수 있다. 온도 제어부(24)는 여기서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며 또한 온도 제어부(24)를 통과하는 공기 흐름(13)을 가열하는 기능을 하는 많은 다른 가열 구조가 제공될 수 있음을 이해할 것이다. 온도 제어부(24)는 다양한 온도 범위에 따라 공기 흐름(13)을 가열할 수 있다. 예컨대, 온도 제어부(24)는 공기 흐름을 59℉에서 140℉ 로 가열할 수 있다. 유사하게, 온도 제어부(24)는 차가운 공기 흐름을 -20℉에서 80℉로 가열할 수 있다. 온도 제어부(24)는 이들 가열 범위에 한정되지 않고, 가열 구조의 특정 종류 및/또는 출력에 따라 공기 흐름(13)을 더 크거나 더 작은 온도 범위로 가열할 수 있다. 온도 제어부(24)는 온도 제어부(24)를 통과하는 공기 흐름(13) 중의 일부 또는 전부를 가열할 수 있다.
온도 제어부(24)는 가열하는 것에 한정되지 않는다. 다른 실시예에서, 온도 제어부(24)는 공기의 온도를 줄여서 공기 흐름(13)을 냉각할 수 있는 냉각 구조를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 온도 제어부(24)는 냉각 코일(들), 열교환기(들) 등을 포함한 다양한 냉각 구조를 포함할 수 있다. 온도 제어부(24)는 여기서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며 또한 온도 제어부(24)를 통과하는 공기 흐름(13)을 냉각할 수 있는 많은 다른 냉각 구조가 제공될 수 있음을 이해할 것이다. 온도 제어부(24)는 냉각 구조의 특정 종류 및/또는 출력에 따라 다양한 온도 범위에 따라 공기 흐름(13)을 냉각할 수 있다. 온도 제어부(24)는 이 온도 제어부(24)를 통해 유동하는 공기 흐름(13)의 일부 또는 전부를 냉각할 수 있다. 따라서, 온도 제어부(24)는 공기 흐름(13)의 온도를 변경하도록 구성된다.
공기 흐름(13)이 온도 제어부(24)에서 나갈 때 그 공기 흐름(13)의 상이한 부분들은 서로 다른 온도를 가질 수 있음을 알 것이다. 예컨대, 따뜻하거나 뜨거운 공기는 공기 흐름(13)의 상부 쪽에 모일 수 있다. 유사하게, 차갑거나 더 차가운 공기는 공기 흐름(13)의 바닥부 쪽에 모일 수 있다. 따라서, 온도 제어부(24)에서 나가는 공기 흐름(13)은 바닥부 쪽으로 갈 수록 더 차갑고 정상부 쪽으로 갈 수록 더 따뜻하게 된다. 따라서, 온도 제어부(24)는 공기 흐름(13)의 상이한 부분들에 대해 온도 편차 분포를 부여한다. 온도 편차를 갖는 공기 흐름(13)은 바람직하지 않은 결과를 초래할 수 있음을 주목해야 한다. 예컨대, 공기 흐름(13)내의 온도 편차는 유출 공기 흐름(12)을 받는 가스 터빈의 구조적 수명과 효율을 감소시킬 수 있다.
계속 도 2 및 3을 참조하면, 입구 시스템(10)의 입구부(20)는 본 발명의 일 양태에 따르는 천이부(30)를 더 포함할 수 있다. 이 천이부(30)는 온도 제어부(24)에 인접하여 그 하류에 배치될 수 있다. 천이부(30)는 온도 제어부(24)에서 오는 공기 흐름(13)을 받을 수 있다. 천이부(30)는 공기 흐름(13)을 위한 실질적으로 중공인 통로를 형성할 수 있다.
나타난 실시예에서, 천이부(30)는 온도 제어부(24)로부터 각도를 이루면서 상방으로 연장되어 있다. 구체적으로, 천이부(30)는 수평에 대해 각도를 이루면서 상방으로 연장되어 있다. 천이부(30)의 각도는 수평에 대해 약 30°인 것으로 나타나 있지만, 이 각도는 더 작거나 더 클 수 있다. 예컨대, 천이부(30)의 각도는 0°또는 0°에 가까운 각도 내지 60°또는 그 이상의 각도로 될 수 있다. 천이부(30)의 전형적인 각도는 공간의 이용가능성에 따라 수평에 대해 37°내지 45°일 수 있다. 더욱이, 천이부(30)는 온도 제어부(24)로부터 상방으로 연장되는 것에 한정되지 않고 하방, 측방으로 그리고/또는 비스듬히 연장될 수 있음을 이해할 것이다. 천이부(30)는 상방으로 연장된 다음에 하방으로 연장되는 것 등에 의해 복수의 각도를 더 포함할 수 있다. 유사하게, 천이부(30)의 길이는 더 길거나 더 짧을 수 있으며 나타난 실시예의 치수에 한정되지 않는다. 일반적으로, 천이부(30)는 천이부에 들어가는 공기 흐름의 유동 방향에 대해 평행하지도 수직하지도 않은 각도로 배향되는 표면을 갖는다 .
천이부(30)는 공기 흐름(13)의 혼합을 증가시킴으로써 입구 시스템(10)내에서 열 분포 및 혼합을 개선할 수 있다. 그 결과, 공기 흐름(13)내에서 더욱 균일한 온도가 얻어진다. 예컨대, 온도 천이부(30)는 공기 흐름(13)이 입구 시스템(10)을 통해 이동하는 길이를 증가시키고 또한 이동하는 방향을 변화시킬 수 있다. 구체적으로, 천이부(30)는 공기 흐름(13)이 온도 제어부(24)를 통과한 후에 이동해야 하는 거리를 증가시킨다. 다른 실시예로서, 천이부(30)는 부분적으로는 온도 제어부(24)에 대한 천이부(30)의 각도로 인해 공기 흐름(13)의 난류를 또한 증가시킬 수 있다. 예컨대, 도 2 및 3에 나타나 있는 실시예에서, 천이부(30)의 바닥부는 차가운 공기를 상방으로 향하게 할 수 있다. 차가운 공기는 천이부(30)의 정상부 쪽에 위치되어 있는 더 따뜻한 공기와 혼합될 수 있다. 따라서, 천이부(30)내에서의 차가운 공기와 따뜻한 공기의 혼합은 더욱 균일한 온도 분포를 갖는 공기 흐름을 발생시킬 수 있다. 따라서, 천이부(30)는 이 천이부에 들어가는 공기 흐름의 유동 방향에 대해 평행하지도 수직하지도 않은 각도로 배향되는 표면을 가져 공기 흐름의 상이한 온도 편차 부분들의 혼합을 일으켜 온도 편차 분포를 줄여준다.
입구 시스템(10)은 원래 구성의 천이부(30)로 새롭게 구성될 수 있다. 대안적으로, 입구 시스템(10)이 이미 존재하는 것이면, 후드(22) 등을 게거하고 천이부(30)를 설치함으로써 천이부(30)가 입구 시스템(10)에 추가될 수 있다.
계속 도 2 및 3을 참조하면, 입구 시스템(10)은 필터(26)를 더 포함할 수 있다. 이 필터(26)는 천이부(30)에 인접하여 그 하류에 배치될 수 있다. 필터(26)는 천이부(30)를 통과하는 공기 흐름(13)을 받을 수 있다. 따라서, 공기 흐름(13)은 외부 지점으로부터 온도 제어부(24) 및 천이부(30)를 통과하여 필터(26)로 갈 수 있다.
필터(26)는 공기 흐름(13)에 대해 수직하게 또는 실질적으로 수직하게 연장되도록 장착될 수 있다. 따라서, 필터(26)는 공기 흐름(13) 중의 일부 또는 전부가 필터(26)를 통과할 수 있도록 실질적으로 입구 시스템(10)을 가로질러 연장될 수 있다. 필터(26)는 공기 흐름(13)으로부터 입자들을 제거할 수 있는 다양한 상이한 종류의 필터를 포함할 수 있다. 예컨대, 필터(26)는 공기 흐름(13)내의 액체 및/또는 수용액이 필터(26)를 통과하는 것을 방지하고/방지하거나 제한하는 수밀성 필터를 포함할 수 있다. 유사하게, 공기 흐름(13)으로부터 소금, 먼지, 부식성 물질, 물 등과 같은 건조 입자들을 제거할 수 있는 다른 필터도 고려될 수 있다. 필터(26)는 유리섬유 또는 다른 적절한 여과재를 포함할 수 있으며, 소수성 재료로 만들어진 코팅이나 처리재 또는 몇몇 다른 적절한 수밀성 코팅이나 처리재를 가질 수 있다. 여기서 설명하는 필터의 종류는 본 발명의 필터(26)를 한정하고자 하는 것이 아니며, 특정의 용도에 따라 임의의 많은 필터도 사용될 수 있다.
이제, 도 2 및 3에 나타나 있는 예시적인 입구 시스템(10)의 전체적인 작동에 대해 설명한다. 공기는 입구부(20)를 통해 입구 시스템(10)에 들어간다. 후드(22)는 입구부(20)에 들어가는 물질 및/또는 강하물의 양을 적어도 부분적으로 감소시킬 수 있다. 온도 제어부(24)는 이 온도 제어부(24)를 통과하는 공기 흐름의 온도를 변화시킬 수 있다. 구체적으로, 온도 제어부(24)는 공기 흐름을 선택적으로 가열 또는 냉각할 수 있다. 온도 제어부(24)에서 나가는 공기는 천이부(30)를 만나게 된다. 이 천이부(30)는 공기 흐름의 혼합을 도와 준다. 예컨대, 천이부(30)는 차가운 공기를 위쪽으로 향하게 하여 그 차가운 공기를 더 따뜻한 공기와 혼합되게 한다. 다른 예로, 천이부(30)는 가열된/냉각된 공기가 온도 제어부(24)와 필터(26) 사이에서 이동하게 되는 거리를 증가시킨다. 따라서, 천이부(30) 내에서 차가운 공기와 따뜻한 공기를 혼합할 수 있는 능력이 증대되며, 그래서 더욱 균일한 온도 분포를 갖는 공기 흐름이 얻어지게 된다. 필터(26)는 공기 흐름이 그 필터(26)를 통과할 때 그 공기 흐름으로부터 입자 및/또는 액체를 제거한다. 그리고 나서 공기 흐름은 감소부(19), 소음기(16) 및 덕트부(18)를 통과한다. 유출 공기 흐름(12)은 가스 터빈에 들어가기 전에 출구(14)에서 나갈 수 있다. 주목할만 하게도, 유출 공기 흐름(12)은 개선된 온도 혼합을 가져 최소화된 온도 구배 분포를 제공한다.
이제 일련의 도 4a - 4d를 참조하면, 입구 시스템(10)내에서 공기 흐름에 대한 온도 분포 개선이 나타나 있다. 도 4a 및 4b에는, 천이부(30)가 없는 입구 시스템(10)에 대한 온도 분포 맵이 나타나 있다. 따라서, 도 4a 및 4b 는 본 발명에 따라 개선이 제공되기 전의 종래 기술을 나타내는 것으로 생각할 수 있다. 먼저 도 4a를 참조하면, 입구 시스템의 횡단면도의 온도 분포가 나타나 있다. 온도는 화씨(℉)로 나타나 있다. 더 따뜻한 공기(131℉ 까지)는 정상 표면 근처에서 입구 시스템의 상부 쪽에 위치된다. 더 차가운 공기(최저 43℉)는 바닥 표면 근처에서 입구 시스템의 바닥부 쪽에 위치된다. 중간 온도의 공기는 더 따뜻한 공기와 더 차가운 공기 사이에 위치된다. 보는 바와 같이, 더 따뜻한 공기와 더 차가운 공기는 온도 제어부(본 실시예에서는 가열부)의 뒤쪽에서부터 시작하여 출구까지 전체 입구 시스템에 걸쳐 분리되어 유지된다.
이제 도 4b를 참조하면, 천이부(30)가 없는 입구 시스템(10)의 출구(14)에 대한 온도 분포 맵이 나타나 있다. 예시적인 출구(14)는 실질적으로 링형으로 되어 있다. 더 따뜻한 공기와 더 차가운 공기는 입구 시스템의 출구(14)에서 분리되어 유지된다. 더 차가운 공기는 출구의 중심부(내경) 쪽에 위치되고 더 따뜻한 공기는 출구의 외측부(외경) 쪽에 위치된다. 출구에서 가장 따뜻한 공기와 가장 차가운 공기 사이의 온도차는 대략 40℉ 이다.
도 4c 및 4d에는, 본 발명의 일 양태에 따른 천이부(30)를 갖는 입구 시스템(10)에 대한 온도 분포 맵이 나타나 있다. 먼저 도 4c를 참조하면, 천이부(30)를 포함하는 입구 시스템(10)의 횡단면도에 대한 온도 분포 맵이 나타나 있다. 여기서도 온도는 ℉로 나타나 있다. 입구 시스템(10)내에서의 온도 분포는 도 4a의 예보다 더욱 혼합되어 있고 균일화되어 있으며, 그래서 더욱 균일한 온도 분포가 얻어진다. 더 따뜻한 공기는 여전히 다소 입구 시스템(10)의 상부 쪽에 위치되는데, 하지만, 천이부(30)가 없는 입구 시스템(10)에서 131℉ 인 경우와 대조적으로, 더 따뜻한 공기는 대략 83℉ 의 범위에 있다. 유사하게, 천이부(30)가 없는 입구 시스템(10)에서 43℉ 인 경우와 대조적으로, 더 차가운 공기는 대략 80℉ 의 범위에 있다.
이제 도 4d를 참조하면, 본 발명의 일 양태에 따른 천이부(30)를 갖는 입구 시스템(10)의 출구(14)에 대한 온도 분포 맵이 나타나 있다. 도 4c에 나타나 있는 온도 분포 맵 처럼, 출구(14)에서의 온도 분포는 도 4b의 예보다 도 4d의 온도 분포 맵내에서 더욱 혼합되어 있고 또한 균일화되어 있다. 따라서, 출구(14)는 따뜻한 공기와 차가운 공기의 더욱 균일한 온도 분포를 나타낸다. 더 따뜻한 공기는 다소 출구(14)의 내경 및 외경 쪽에 위치된다. 더 차가운 공기는 내경과 외경 사이에 위치된다. 더 따뜻한 공기의 최대 온도는 대략 85℉ 이고 더 차가운 공기의 최소 온도는 대략 75℉ 이다. 따라서, 출구(14)에서 가장 따뜻한 공기와 가장 차가운 공기 사이의 온도차는 대략 10℉ 이다.
이제 도 5의 그래프를 참조하면, 천이부(30)를 갖는 입구 시스템(10)과 천이부(30)가 없는 입구 시스템(10) 사이에서 상대 온도 왜곡 비교가 제공되어 있다. y 축에서 온도 왜곡(℉)은 입구 시스템(10)내의 특정 위치에서 최대 온도와 최소 온도의 온도차를 나타낸다. x 축은 최대 및 최소 온도가 측정되는 특정 위치를 나타낸다. 입구 시스템 위치 1 은 소음기(16)(도 2에 나타나 있음)에서 측정되는 온도와 관련이 있다. 입구 시스템 위치 2는 덕트부(18)(도 2에 나타나 있음)에서 측정되는 온도와 관련이 있다. 입구 시스템 위치 3은 출구(14)(도 2에 나타나 있음)에서 측정되는 온도와 관련이 있다.
상기 그래프는 두개의 개별적인 온도 왜곡 곡선을 표시한다. 실선으로 나타나 있는 제 1 곡선은 천이부가 없는 입구 시스템(10)을 나타낸다. 점선으로 나타나 있는 제 2 곡선은 도 2 및 3에 나타나 있는 천이부(30)를 갖는 입구 시스템(10)을 나타낸다. 소음기(16)에서 측정되는 입구 시스템 위치 1 에 대하여, 천이부가 없는 입구 시스템은 대략 45℉의 온도 왜곡을 나타낸다. 이 온도는 소음기에서 취해진 최대 온도와 최소 온도 사이의 온도차를 나타낸다. 대조적으로, 천이부를 갖는 입구 시스템은 대략 12℉의 온도 왜곡을 나타낸다. 덕트부(18)에서 측정되는 입구 시스템 위치 2 에 대하여, 천이부가 없는 입구 시스템은 대략 45℉의 온도 왜곡을 나타낸다. 대조적으로, 천이부를 갖는 입구 시스템은 대략 7℉의 온도 왜곡을 나타낸다. 마지막으로, 출구(14)에서 측정되는 입구 시스템 위치 3 에 대하여, 천이부가 없는 입구 시스템은 대략 45℉의 온도 왜곡을 나타낸다. 대조적으로, 천이부를 갖는 입구 시스템은 대략 5℉의 온도 왜곡을 나타낸다. 따라서, 천이부(30)를 포함하는 입구 시스템(10)은 천이부가 없는 입구 시스템과 비교하여 최대 온도와 최소 온도 사이의 더 작은 온도 분포를 나타낸다.
이제 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 양태에 따른 입구 시스템(110)의 제 2 실시예가 나타나 있다. 이 입구 시스템(110)은 입구부(120)를 포함한다. 입구부(120)는 도 2 및 3의 이전 실시예와 유사한 공기 흐름을 준다.
앞의 실시예 처럼, 입구부(120)는 하나 이상의 후드(122)를 포함한다. 또한, 앞의 실시예와 유사하게, 입구 시스템(110)은 온도 제어부(124)를 포함한다. 이 온도 제어부(124)는 도 2 및 3과 관련하여 전술한 온도 제어부(24)와 동일하거나 유사할 수 있다. 요컨대, 온도 제어부(124)는 이 온도 제어부(124)를 통과하는 공기 흐름의 온도를 변화시킬 수 있다.
입구 시스템(110)(도 6)은 도 2 및 3과 관련하여 전술한 필터(26)와 동일하거나 유사할 수 있는 필터(126)를 포함한다. 또한, 입구 시스템(110)은 도 2 및 3과 관련하여 전술한 감소부(19)와 동일하거나 유사할 수 있는 감소부(119)를 포함한다. 또한, 입구 시스템(110)은 도 2 및 3과 관련하여 전술한 소음기(16)와 동일하거나 유사할 수 있는 소음기(116)를 포함한다.
계속 도 6을 참조하면, 입구 시스템(110)은 본 발명의 일 양태에 따른 유동 전환기(130)를 포함한다. 이 유동 전환기(130)는 온도 제어부(124)의 하류에 배치된다. 유동 전환기(130)는 입구 시스템(110)의 바닥 표면으로부터 상방으로 연장되어 있고 또한 입구 시스템(110)을 부분적으로 또는 완전히 가로질러 옆으로 연장되어 있다. 따라서, 유동 전환기(130)는 이 유동 전환기(130)를 지나는 공기 흐름의 유동 방향에 대해 횡으로 연장되어 있다. 유동 전환기(130)는 다양한 상이한 구조를 포함할 수 있다. 예컨대, 유동 전환기(130)는 입구 시스템(110)의 바닥을 따라 옆으로 연장되는 금속, 플라스틱 등과 같은 재료의 스트립을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 유동 전환기(130)는 상방으로 연장되어 유동 전환기(130)를 형성하는 입구 시스템(110)의 바닥 표면을 포함할 수 있으며, 따라서 유동 전환기(130)는 그 바닥 표면과 일체적으로 형성된다.
유동 전환기(130)는 단일 유동 전환기 또는 다중 유동 전환기를 포함할 수 있으며, 다중 유동 전환기는 결합되면 단일 유동 전환기와 유사하게 기능하게 된다. 예컨대, 다중 유동 전환기는 입구 시스템(10)의 바닥 표면을 따라 직렬로 배치될 수 있다. 유사하게, 유동 전환기 각각은 동일한 높이를 가질 수 있으며 또는 가변적인 높이를 가질 수 있다. 또한, 복수의 유동 전환기 각각은 가변적인 길이로 바닥 표면을 가로질러 연장될 수 있다. 예컨대, 한 유동 전환기는 바닥 표면을 완전히 가로질러 연장될 수 있고 다른 유동 전환기는 바닥 표면을 부분적으로만 가로질러 연장될 수 있다. 또한, 각 유동 전환기는 다른 유동 전환기와 비교하여 다른 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 기울기 차 또는 테이퍼 차가 있을 수 있다(예컨대, 더 높은 부분이 더 짧은 부분 안으로 테이퍼져 있다). 그러나, 유동 전환기(130)는 임의의 수의 크기, 형상, 구조, 구성 등을 취할 수 있으며, 여기에 나타나 있고 설명되는 실시예에 한정되지 않는다.
유동 전환기(130)는 도 6에 나타나 있는 위치에 한정되지 않고 입구 시스템(110) 전체에 걸쳐 다양한 위치에 배치될 수 있다. 예컨대, 유동 전환기(130)는 유동 전환기(130)에 나타나 있는 위치의 하류에 배치될 수 있다. 또한, 유동 전환기(130)는 감소부(119)의 내부, 소음기(116)의 내부, 덕트부(도 6에는 나타나 있지 않음)의 내부 등에도 위치될 수 있다. 사실, 다중 유동 전환기는, 존재한다면, 입구 시스템(110)내의 다양한 위치에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 유동 전환기는 측벽에도 배치될 수 있다.
유동 전환기(130)는 공기 흐름의 혼합을 증가시켜 입구 시스템(110)내의 열적 왜곡을 개선할 수 있다. 전술한 바와 같이, 입구 시스템(110)을 통과하는 공기 흐름은 더 따뜻한 공기 부분과 더 차가운 공기 부분을 포함할 수 있다. 더 차가운 공기는 가끔 온도 제어부(124)의 하류에서 입구 시스템(110)의 바닥부 쪽에 모일 수 있다. 공기 흐름이 입구 시스템(110)을 통과할 때, 유동 전환기(130)는 더 차가운 공기를 상방으로 입구 시스템(110)의 중심부 쪽으로 향하게 한다. 더 차가운 공기는 입구 시스템(110)을 통과하면서 유동 전환기(130) 위로 방향 전환된다. 더 차가운 공기가 상방으로 방향 전환되므로, 그 더 차가운 공기는 공기 흐름의 더 따뜻한 공기와 혼합될 수 있고, 그리 하여 공기 흐름내 공기의 최대 온도와 최소 온도간의 온도차가 줄어든다. 따라서, 유동 전환기(130)는 이 유동 전환기를 지나는 공기 흐름의 유동 방향에 대해 횡으로 연장되어 있어 공기 흐름을 유동 전환기 주위로 방향 전환시켜 그 공기 흐름의 상이한 온도 편차 부분들의 혼합을 일으켜 온도 편차 분포를 줄여준다.
입구 시스템(110)은 제 2 유동 전환기(132)를 더 포함할 수 있다. 이 제 2 유동 전환기(132)는 감소부(119)의 상방 위치 부분 또는 소음기(116)의 내부를 포함하여(이에 한정되지 않음) 입구 시스템(110)내의 다양한 위치에 배치될 수 있다. 제 2 유동 전환기(132)는 입구 시스템(110)을 부분적으로 또는 완전히 가로질러 옆으로 연장되어 있고 그 입구 시스템(110)의 정상 표면으로부터 하방으로 돌출될 수 있다. 제 2 유동 전환기(132)는 다양한 상이한 구조를 포함할 수 있다. 예컨대, 제 2 유동 전환기(132)는 입구 시스템(110)을 가로질러 연장되는 금속과 같은 재료의 스트립을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 제 2 유동 전환기(132)는 하방으로 돌출하여 제 2 유동 전환기(132)를 형성하는 입구 시스템(110)의 정상 표면을 포함할 수 있다.
유동 전환기(130) 처럼, 제 2 유동 전환기(132)는 단일의 제 2 유동 전환기 또는 다중의 제 2 유동 전환기를 포함할 수 있으며, 다중 유동 전환기는 결합되면 제 2 유동 전환기(132)와 유사하게 기능하게 된다. 예컨대, 다중의 제 2 유동 전환기는 입구 시스템(110)의 정상 표면을 따라 직렬로 배치될 수 있다. 유사하게, 제 2 유동 전환기 각각은 동일한 높이를 가질 수 있으며 또는 가변적인 높이를 가질 수 있다. 또한, 일 제 2 유동 전환기는 정상 표면을 완전히 가로질러 연장되고 다른 제 2 유동 전환기는 정상 표면을 부분적으로만 가로질러 연장되는 것 처럼, 제 2 유동 전환기 각각은 가변적인 길이로 정상 표면을 가로질러 연장될 수 있다. 또한, 각각의 제 2 유동 전환기는, 기울어져 있거나 또는 더 짧은 부분으로 안으로 테이퍼져 있는 더 높은 부분을 갖는 것과 같이, 가변적인 형상을 가질 수 있다. 그러나, 제 2 유동 전환기(132)는 임의의 수의 크기, 형상, 구조, 구성 등을 취할 수 있으며, 여기에 나타나 있고 설명되는 실시예에 한정되지 않는다.
제 2 유동 전환기(132)는 도 6에 나타나 있는 위치에 한정되지 않고 입구 시스템(110) 전체에 걸쳐 다양한 위치에 배치될 수 있다. 예컨대, 제 2 유동 전환기(132)는 도 6에 나타나 있는 위치와는 다른 위치(예컨대, 하류)에 배치될 수 있다. 제 2 유동 전환기(132)는 감소부(119)의 내부, 소음기(116)의 내부, 턱트부(미도시)의 내부 등에도 배치될 수 있다. 사실, 다중의 제 2 유동 전환기는 입구 시스템(110)내의 다양한 위치에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 유동 전환기는 측벽에도 위치될 수 있다.
제 2 유동 전환기(132)는 공기 흐름의 혼합을 증가시켜 입구 시스템(110)내의 열적 왜곡을 개선할 수 있다. 전술한 바와 같이, 입구 시스템(110)을 통과하는 공기 흐름은 더 따뜻한 공기 부분과 더 차가운 공기 부분을 포함할 수 있다. 더 따뜻한 공기는 가끔 입구 시스템(110)의 상부 쪽에 모일 수 있다. 공기 흐름이 입구 시스템(110)을 통과할 때, 제 2 유동 전환기(132)는 더 따뜻한 공기를 하방으로 입구 시스템(110)의 중심부 쪽으로 향하게 한다. 더 따뜻한 공기는 입구 시스템(110)을 통과하면서 제 2 유동 전환기(132) 아래로 방향 전환될 것이다. 더 따뜻한 공기가 하방으로 방향 전환되므로, 그 더 따뜻한 공기는 더 차가운 공기와 혼합될 수 있고, 그리 하여 공기 흐름내 공기의 최대 온도와 최소 온도간의 온도차가 줄어든다.
유동 전환기(130) 및 제 2 유동 전환기(132)는 도 6에 나타나 있는 실시예에 한정되지 않음을 이해할 것이다. 예컨대, 다른 실시예에서, 유동 전환기(130) 및/또는 제 2 유동 전환기(132)는 도 2 및 3에 나타나 있는 실시예에 포함될 수 있다. 따라서, 유동 전환기(130) 및/또는 제 2 유동 전환기(132)는 천이부(30)를 갖는 입구 시스템과 결합될 수 있다. 이러한 실시예에서, 유동 전환기(130) 및/또는 제 2 유동 전환기(132)는 임의의 수의 유동 전환기를 포함할 수 있고, 천이부(30)의 내부, 감소부의 내부, 소음기의 내부, 턱트부의 내부 등과 같이 입구 시스템 내부의 다양한 위치에 배치될 수 있다. 따라서, 도 6과 관련하여 나타나 있고 설명되는 실시예는 도 2 및 3과 관련하여 나타나 있고 설명되는 실시예의 특징들 중의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.
이제 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 양태에 따른 입구 시스템(210)의 제 3 실시예가 나타나 있다. 이 입구 시스템(210)은 입구부(220)를 포함한다. 입구부(220)는 공기 흐름이 입구 시스템(210)에 들어가기 위한 하나 이상의 통로를 형성할 수 있다. 입구부(220)는 앞의 실시예와 유사한 공기 흐름을 준다.
앞의 실시예 처럼, 입구부(220)는 하나 이상의 후드(222)를 포함한다. 또한, 앞의 실시예와 유사하게, 입구 시스템(210)은 온도 제어부(224)를 포함한다. 이 온도 제어부(224)는 전술한 온도 제어부(224)와 동일하거나 유사할 수 있다. 요컨대, 온도 제어부(124)는 이 온도 제어부(124)를 통과하는 공기 흐름의 온도를 변화시킬 수 있다.
입구 시스템(110)은 도 2 및 3과 관련하여 전술한 필터(26)와 동일하거나 유사할 수 있는 필터(226)를 포함한다. 또한, 입구 시스템(110)은 도 2 및 3과 관련하여 전술한 감소부(19)와 동일하거나 유사할 수 있는 감소부(219)를 포함한다. 또한, 입구 시스템(110)은 도 2 및 3과 관련하여 전술한 소음기(16)와 동일하거나 유사할 수 있는 소음기(216)를 포함한다.
계속 도 7을 참조하면, 입구 시스템(210)은 스크린(230)을 포함한다. 이 스크린(230)은 온도 제어부(224)의 하류에 배치될 수 있다. 스크린(230)은 입구 시스템(210)을 부분적으로 또는 완전히 가로질러 연장될 수 있으며 또한 그 입구 시스템(210)의 바닥 표면으로부터 상방으로 연장될 수 있다. 따라서, 스크린(230)은 이 스크린을 지나는 공기 흐름의 유동 방향에 대해 횡으로 연장되어 있다. 스크린(230)은 다양한 상이한 구조를 포함할 수 있다. 예컨대, 스크린(230)은 공기 흐름이 스크린(230)을 부분적으로 통과할 수 있게 해주는 메쉬(mesh) 구조를 포함할 수 있다. 예컨대, 스크린(230)은 금속 와이어, 유리 섬유 또는 기타 합성 섬유 메쉬를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 스크린(230)은 이 스크린(230)을 만나는 공기 흐름의 80%가 그 스크린(230)을 통과하게 할 수 있다. 그러나, 더 많거나 더 적은 공기도 스크린(230)을 통과할 수 있음을 이해할 것이다. 스크린(230)을 통과하지 않는 공기는 입구 시스템(210)의 중심부 쪽으로 상방으로 방향 전환될 수 있다. 따라서, 공기 흐름의 일 부분은 스크린(230)을 통과하고 그 공기 흐름의 다른 부분은 상방으로 방향 전환되어 스크린(230) 위로 흐를 수 있다.
스크린(230)은 단일 스크린 또는 다중 스크린을 포함할 수 있으며, 다중 스크린은 결합되면 스크린(230)과 유사하게 기능하게 된다. 예컨대, 다중 스크린은 입구 시스템(210)의 일 표면을 따라 직렬로 배치될 수 있다. 유사하게, 스크린(들) 각각은 동일한 높이를 가질 수 있으며 또는 가변적인 높이를 가질 수 있다. 또한, 일 스크린은 표면을 완전히 가로질러 연장되고 다른 스크린은 표면을 부분적으로만 가로질러 연장되는 것 처럼, 스크린(들) 각각은 가변적인 길이로 입구 시스템(210)의 표면을 가로질러 연장될 수 있다. 또한, 각 스크린은, 기울어져 있거나 또한 더 짧은 부분으로 안으로 테이퍼져 있는 더 높은 부분을 갖는 것과 같이, 가변적인 형상을 가질 수 있다. 스크린(230)은 또한 입구 시스템(210)의 바닥 표면에 배치되는 것에 한정되지 않는다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 스크린이 입구 시스템(210)의 바닥 표면, 측면 또는 정상 표면 중 어느 하나 또는 모두에 배치될 수 있다. 유사하게, 스크린(230)은 온도 제어부(224)와 필터(226) 사이에 배치되는 것에 한정되지 않는다. 다른 실시예에서, 스크린(230)은 감소부(219), 소음기(216), 덕트부(미도시) 등을 포함하여(이에 한정되지 않음) 입구 시스템내의 거의 어느 곳에도 배치될 수 있다. 스크린(230)은 임의의 수의 크기, 형상, 구조, 구성 등을 취할 수 있으며, 여기에 나타나 있고 설명되는 실시예에 한정되지 않음을 이해할 것이다.
스크린(230)은 공기 흐름의 혼합을 증가시켜 입구 시스템(210)내의 열적 왜곡을 개선할 수 있다. 전술한 바와 같이, 입구 시스템(210)을 통과하는 공기 흐름은 더 따뜻한 공기 부분과 더 차가운 공기 부분을 포함할 수 있다. 더 차가운 공기는 입구 시스템(210)의 바닥부 쪽에 모일 수 있다. 공기 흐름이 입구 시스템(210)을 통과할 때, 공기 흐름의 일 부분은 스크린(230)을 통과할 수 있고 그 공기 흐름의 다른 부분은 상방으로 방향 전환되어 스크린(230) 위로(또는 주위로) 흐를 수 있다. 더 차가운 공기가 상방으로 방향 전환되므로, 그 더 차가운 공기는 공기 흐름의 더 따뜻한 공기와 혼합될 수 있고, 그리 하여 공기 흐름내 공기의 최대 온도와 최소 온도간의 온도차가 줄어든다. 다른 실시예에서, 스크린(230)은 입구 시스템(210)의 정상 표면에 배치될 수 있으며, 따라서 따뜻한 공기는 스크린(230)을 통과하고 또한 그 스크린(230) 아래로 방향 전환되어 더 차가운 공기와 혼합된다. 따라서, 공기 흐름의 적어도 제 1 부분은 스크린을 통과하여 난류를 일으키고 또한 그 공기 흐름의 상이한 온도 편차 부분들의 혼합을 일으켜 온도 편차 분포를 줄여준다.
입구 시스템(210)은 또한 제 3 실시예의 유동 전환기를 포함한다. 제 3 실시예의 유동 전환기는 유동 분할기(232)를 포함할 수 있다. 이 유동 분할기(232)는 입구 시스템(210)내의 다양한 위치에 배치될 수 있다. 나타나 있는 실시예에서, 유동 분할기(232)는 온도 제어부(224)로부터 소음기(216)까지 연장될 수 있다. 그러나, 유동 분할기(232)는 감소부(219)의 내부 전체에, 소음기(216)의 내부 전체에 또는 다른 위치에 배치될 수 있음을 이해할 것이다. 유사하게, 유동 분할기(232)는 하나 이상의 유동 분할기(232)를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 일 유동 분할기는 입구 시스템(210)내의 제 1 위치에 배치될 수 있고 제 2 유동 분할기는 별도의 위치에 배치될 수 있다. 예컨대, 제 1 유동 분할기는 온도 제어부(224)로부터 필터(226)까지 연장될 수 있고 제 2 유동 분할기는 감소부(219)로부터 소음기(216)까지 연장될 수 있다. 이 실시예는 한정적인 것이 아니고, 유동 분할기(232)는 입구 시스템(210) 전체에 걸쳐 다양한 위치에 배치되는 다중의 유동 분할기를 포함할 수 있다.
유동 분할기(232)는 입구 시스템(210)을 부분적으로 또는 완전히 가로질러 연장될 수 있다. 따라서, 유동 분할기(232)는 입구 시스템(210)을 두개의 영역, 즉 유동 분할기(232)의 위쪽에 있는 상부 영역 및 유동 분할기(232)의 아래쪽에 있는 하부 영역으로 분할할 수 있다. 유동 분할기(232)는 입구 시스템(210)내의 수직방향 중간 지점에 배치되어 있는 것으로 나타나 있다. 그러나, 유동 분할기(232)는 더 높게(정상 표면에 더 가깝게) 또는 더 낮게(바닥 표면에 더 가깝게) 배치될 수 있다.
도 7의 유동 분할기(232)는 두개의 굽힘부를 갖는 것으로 나타나 있다. 제 1 굽힘부는 대략 145°의 제 1 각도(251)를 형성한다. 제 1 굽힘부는 필터(226)에 가까히 배치된다. 제 2 굽힘부는 대략 145°의 제 1 각도(252)를 형성한다. 제 2 굽힘부는 감소부(219)의 내부에 배치된다. 입구 시스템(210)에서 유동 박리 및 압력 강하의 감소를 줄이기 위해 제 1 각도(251) 및 제 2 각도(252)는 전산 유체 역학("CFD") 도구를 사용하여 최적화된다. 제 1 굽힘부와 제 2 굽힘부는 나타나 있는 실시예의 각도(251, 252)에 한정되지 않음을 이해할 것이다. 대신에, 유동 분할기(232)는 더 크거나 더 작은 각도를 갖도록 수정될 수 있다. 사실, 다른 실시예에서, 유동 분할기(232)는 어떠한 굽힘부도 포함하지 않을 수 있으며, 대신에 입구 시스템(210)내에서 수평하게 또는 비스듬히 연장되는 곧은 부분을 포함할 수 있다.
유동 분할기(232)는 다양한 상이한 구조를 포함할 수 있다. 예컨대, 유동 분할기(232)는 입구 시스템(210)을 가로질러 연장되는 금속과 같은 재료의 스트립을 포함할 수 있다. 그러나, 유동 분할기(232)는 입구 시스템(210)을 가로질러 연장되는 플라스틱, 복합 재료 등과 같은 다른 재료를 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 다른 실시예에서, 유동 분할기(232)는 실질적인 중실체일 수 있는데, 그러면 공기 흐름은 그 유동 분할기(232)를 통해 유동하지 못하게 된다. 다른 실시예에서, 유동 분할기(232)는 스크린(230)과 유사한 재료를 포함할 수 있으며, 따라서 공기 흐름의 적어도 일 부분은 그 유동 분할기(232)를 통과할 수 있다.
유동 분할기(232)는 공기 흐름의 혼합을 증가시켜 입구 시스템(210)내의 열적 왜곡을 개선할 수 있다. 구체적으로, 유동 분할기(232)는 입구 시스템(210)의 상측 절반부로부터 더 많은 공기 흐름을 입구 시스템(210)을 통해 안내하는데 도움이 될 수 있다. 가스 터빈 입구(미도시)는 입구 시스템(210)을 통해 공기를 끌어 들일 수 있다. 그러나 대부분의 공기 흐름은 입구부(220)의 바닥 절반부로부터 오는 것이다. 이는 부분적으로 감소부와 소음기가 입구부(220)의 높이의 대략 절반까지만 올라가 있기 때문이다. 따라서, 더 적은 공기 흐름이 입구부(220)의 상측 절반부를 통해 들어감으로써, 더 따뜻한 공기가 그 상측 절반부에 모일 수 있다. 유동 분할기(232)는 입구부(220)의 상측 절반부로부터 더 많은 공기를 입구부(220) 안으로 끌어 들임으로써 공기를 혼합하는데 도움을 줄 수 있다. 그래서, 유동 분할기(232)는 입구부(220)의 상측 절반부와 바닥 절반부 모두로부터 공기를 끌어 들이는데 도움을 줄 수 있다.
도 7에는 나타나 있지 않지만, 입구 시스템(210)은 덕트부와 출구를 더 포함할 수 있다. 이 덕트부와 출구는 도 2와 관련하여 전술되고 나타나 있는 덕트부 및 출구와 실질적으로 동일할 수 있다. 덕트부는 소음기에 인접하여 그 하류에 배치될 수 있다. 덕트부는 소음기로부터 공기 흐름을 받을 수 있다. 출구는 덕트부에 인접하여 그 하류에 배치될 수 있다. 이 출구는 덕트부로부터 공기 흐름을 받을 수 있다. 앞의 실시예 처럼, 출구는 가스 터빈 입구(미도시)에 연결될 수 있으며, 따라서 그 출구는 공기 흐름이 입구 시스템을 나가 가스 터빈 입구에 들어갈 수 있게 하는 통로를 형성한다.
이제, 도 7에 나타나 있는 실시예의 입구 시스템(210)의 작동에 대해 설명한다. 공기는 입구부(220)을 통해 입구 시스템(210)에 들어갈 수 있다. 후드(222)는 입구부(220)에 들어가는 입자 및/또는 강하물의 양을 적어도 부분적으로 감소시킬 수 있다. 온도 제어부(224)는 이 온도 제어부(224)를 통과하는 공기 흐름의 온도를 변화시킬 수 있다. 구체적으로, 온도 제어부(224)는 공기 흐름을 선택적으로 가열 또는 냉각할 수 있다. 공기 흐름이 온도 제어부(224)를 통과한 후에, 입구 시스템(210)의 바닥 표면 근처에 있는 공기는 스크린(230)을 만날 수 있다. 전형적으로, 더 차가운 공기는 바닥 표면 쪽에 위치된다. 따라서, 스크린(230)은 공기 흐름의 일 부분을 스크린(230) 위로 방향 전환시킴과 동시에 그 공기 흐름의 일 부분이 스크린(230)을 통해 유동하게 할 수 있다.
또한, 유동 분할기(232)는 입구부(220)의 하측 절반부와 상측 절반부 모두로부터 동등하게 공기를 끌어내는데 도움을 줄 수 있다. 유동 분할기(232)는 입구 시스템(210)의 상부 쪽에 정체되는 더 따뜻한 공기의 양을 줄일 수 있다. 가스 터빈 입구(미도시)에 의해 가해지는 유입력은 더 많은 따뜻한 공기가 유동 분할기(232)에 들어가 그 위로 지나가도록 입구 시스템(210)을 통해 공기를 끌어 들일 수 있다. 공기가 유동 분할기를 통과한 후에, 그 공기는 덕트부(미도시)에서 처럼 혼합될 수 있다. 차가운 공기를 스크린을 통과하도록 또한 그 스크린 주위로 방향 전환시키는 스크린(230)과 유동 분할기(232)를 함께 결합함으로써, 입구 시스템(210)을 통해 유동하는 공기를 혼합할 수 있다. 이 혼합에 의해 공기 흐름내 최대 온도와 최소 온도 사이의 온도차가 줄어들 수 있다.
스크린(230)과 유동 분할기(232)는 도 7에 나타나 있는 실시예에 한정되지 않음을 이해할 것이다. 예컨대, 다른 실시예에서, 스크린(230)과 유동 분할기(232)는 도 2 및 3 또는 도 6에 나타나 있는 실시예들 중 어디에도 포함될 수 있다. 그래서, 스크린(230) 및/또는 유동 분할기(232)는 천이부(30) 및/또는 유동 전환기(130, 132)를 갖는 입구 시스템과 결합될 수 있다. 따라서, 도 7과 관련하여 나타나 있고 설명되는 실시예는 도 2 및 3 또한 도 6과 관련하여 나타나 있고 설명되는 실시예의 특징들 중의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.
일반적으로, 본 발명에 따른 추가적인 실시예는 전술한 실시예들로부터 다양한 조합을 통해 제공될 수 있다. 예컨대, 천이부(30), 하나 이상의 유동 전환기(130, 132), 하나 이상의 스크린(230) 및/또는 유동 분할기(232)는 단일 공기 입구 시스템내에 어떤 조합으로도 제공될 수 있다.
전술한 예시적인 실시 형태들을 가지고 본 발명을 설명했다. 다른 사람들은 본 명세서를 읽고 이해하면 수정과 변경을 가할 수 있을 것이다. 이러한 수정과 변경이 첨부된 청구 범위내에 포함된다면, 본 발명의 하나 이상의 양태를 포함하는 실시 형태들은 그러한 모든 수정과 변경도 포함하는 것이다.
10 : 입구 시스템 12 : 유출 공기 흐름
13 : 공기 흐름 14 : 출구
16 : 소음기 18 : 덕트부
19 : 감소부 20 : 입구부
22 : 후드 24 : 온도 제어부
26 : 필터 30 : 천이부
110 : 입구 시스템 116 : 소음기
119 : 감소부 120 : 입구부
122 : 후드 124 : 온도 제어부
126 : 필터 130 : 유동 전환기
132 : 제 2 유동 전환기 210 : 입구 시스템
216 : 소음기 219 : 감소부
220 : 입구부 222 : 후드
224 : 온도 제어부 226 : 필터
230 : 스크린 232 : 유동 분할기
251 : 제 1 각도 252 : 제 2 각도

Claims (20)

  1. 공기 흐름을 전달하기 위한 공기 입구 시스템에 있어서,
    상기 공기 흐름의 온도를 변화시키도록 구성되어 있고, 상기 공기 흐름의 상이한 부분들에 걸쳐 온도 편차 분포를 부여하는 온도 제어부와,
    상기 온도 제어부의 하류에 배치되는 천이부를 포함하며,
    상기 천이부는 상기 천이부에 들어가는 공기 흐름의 유동 방향에 대해 평행하지도 수직하지도 않은 각도로 배향되는 표면을 가져 공기 흐름의 상이한 온도 편차 부분들의 혼합을 일으켜 온도 편차 분포를 줄여주는
    공기 입구 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 제어부의 하류에 배치되는 필터를 포함하고, 상기 필터는 공기 흐름을 여과하도록 구성되어 있고, 상기 천이부는 상기 온도 제어부와 상기 필터 사이에 배치되는
    공기 입구 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 천이부의 표면은 상기 온도 제어부에 대해 상방으로 필터까지 연장되어 있는
    공기 입구 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 천이부의 표면은 상기 천이부에 들어가는 공기 흐름의 유동 방향에 대해 37°내지 45°의 각도로 연장되어 있는
    공기 입구 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 천이부는 공기 흐름의 난류를 증가시키는
    공기 입구 시스템.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 필터의 하류에 배치되는 소음기를 더 포함하고, 상기 소음기는 소음을 감쇠시키도록 되어 있는
    공기 입구 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 소음기를 통해 유동하는 공기 흐름에서 최대 온도와 최소 온도 사이의 온도 분포가 대략 12℉ 이하인
    공기 입구 시스템.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 입구 시스템의 출구를 통해 유동하는 공기 흐름에서 최대 온도와 최소 온도 사이의 온도 분포가 대략 5℉ 이하인
    공기 입구 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 유동 전환기를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 유동 전환기는 공기 흐름을 적어도 하나의 유동 전환기 주위로 방향 전환시키도록 구성되어 있는
    공기 입구 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 유동 전환기는 상기 입구 시스템의 바닥 표면에 배치되는
    공기 입구 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 유동 전환기는 상기 입구 시스템의 상부 표면에 배치되는
    공기 입구 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    스크린을 더 포함하고, 상기 공기 흐름의 제 1 부분은 상기 스크린 주위로 방향 전환되고, 또한 공기 흐름의 제 2 부분은 상기 스크린을 통해 유동하게 되는
    공기 입구 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    유동 분할기를 더 포함하고, 상기 유동 분할기는 상기 입구 시스템내의 수직 방향 중간 지점에 배치되며, 또한 공기 흐름의 제 1 부분은 상기 유동 분할기 아래로 흐르도록 구성되며, 공기 흐름의 제 2 부분은 상기 유동 분할기 위로 흐르도록 구성되는
    공기 입구 시스템.
  14. 공기 흐름을 전달하기 위한 공기 입구 시스템에 있어서,
    공기 흐름의 온도를 변화시키도록 구성되어 있고, 상기 공기 흐름의 상이한 부분들에 걸쳐 온도 편차 분포를 부여하는 온도 제어부와,
    상기 온도 제어부의 하류에 배치되는 적어도 하나의 유동 전환기를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 유동 전환기는 상기 적어도 하나의 유동 전환기를 지나는 공기 흐름의 유동 방향에 대해 횡으로 연장되어 있어 상기 공기 흐름을 적어도 하나의 유동 전환기 주위로 방향 전환시켜 공기 흐름의 상이한 온도 편차 부분들의 혼합을 일으켜 온도 편차 분포를 줄여주는
    공기 입구 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 유동 전환기는 입구 시스템의 바닥 표면에 배치되는 제 1 유동 전환기를 포함하고, 또한 적어도 하나의 유동 전환기는 입구 시스템의 상부 표면에 배치되는 제 2 유동 전환기를 포함하는
    공기 입구 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 유동 전환기는 더 차가운 공기를 상방으로 제 1 유동 전환기 위로 방향 전환시키도록 구성되며, 또한 제 2 유동 전환기는 더 따뜻한 공기를 하방으로 제 2 유동 전환기 아래로 방향 전환시키도록 구성되는
    공기 입구 시스템.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 온도 제어부의 하류에 배치되는 스크린을 더 포함하고, 공기 흐름의 적어도 제 1 부분은 상기 스크린 주위로 방향 전환되고, 또한 공기 흐름의 적어도 제 2 부분은 상기 스크린을 통과하도록 구성되는
    공기 입구 시스템.
  18. 제 14 항에 있어서,
    적어도 하나의 유동 전환기는 유동 분할기를 포함하고, 상기 유동 분할기는 입구 시스템의 상호 대향 측부들 사이에서 연장되도록 구성되며, 상기 공기 흐름의 적어도 일부는 유동 분할기 아래로 흐르게 되며 나머지 공기 흐름은 상기 유동 분할기 위로 흐르도록 구성되는
    공기 입구 시스템.
  19. 공기 흐름을 전달하기 위한 공기 입구 시스템에 있어서,
    공기 흐름의 온도를 변화시키도록 구성되어 있고, 상기 공기 흐름의 상이한 부분들에 걸쳐 온도 편차 분포를 부여하는 온도 제어부와,
    상기 온도 제어부의 하류에 배치되는 적어도 하나의 스크린과,
    상기 온도 제어부의 하류에서 공기 흐름내에 배치되는 유동 전환기를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 스크린은 상기 적어도 하나의 스크린을 지나는 공기 흐름의 유동 방향에 대해 횡으로 연장되어 있고, 상기 공기 흐름의 적어도 제 1 부분은 상기 스크린을 통과하여 난류가 일어나고 또한 공기 흐름의 상이한 온도 편차 부분들이 혼합되어 온도 편차 분포가 줄어들고,
    상기 유동 전환기는 공기 흐름의 적어도 일부를 유동 전환기의 제 1 측으로 방향 전환시키고 또한 공기 흐름의 적어도 일부를 유동 전환기의 제 2 측으로 방향 전환시켜 난류를 일으키고 또한 공기 흐름의 상이한 온도 편차 부분들의 혼합을 일으켜 온도 편차 분포를 줄여주는
    공기 입구 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 유동 전환기는 유동 분할기를 포함하고, 상기 유동 분할기는 비선형 형상을 포함하는
    공기 입구 시스템.
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