KR20150063512A - 인젝터용 공급 및 배출 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보기계 연소실 인젝터용 장치로, 적어도 제1 개구(3), 및 제2 개구(4)를 구비하는 덕트(2); 덕트(2) 내에 통과하는 유체를 조절할 수 있으며, 상기 덕트를 블로킹하는 시스템(5)으로, 공급되는 연료가 통과하도록, 연료의 제1 압력(P1)에서만 제2 개구를 향해 제1 개구로부터 나온 연료가 통과하도록 변위할 수 있으며, 퍼지 공기가 통과하도록 제2 개구로부터 나오는 공기의 압력이 제1 압력보다 큰 제2 압력 이상에서 제2 개구에서 나온 공기가 제1 개구를 향해 통과할 수 있도록 변위하는 것을 특징으로 하는 장치에 관한 것이다.

Description

인젝터용 공급 및 배출 장치 {SUPPLY AND DRAIN DEVICE FOR AN INJECTOR}

본 발명은 터보기계의 연소실 인젝터용 공급 및 퍼지 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 터보기계 연소실용 인젝터 및 터보기계에 관한 것이다.

터보기계의 인젝터는 온도에 의한 연료의 열화에 민감하다.

코킹(coking)이라 불리는 이러한 현상은 연료 온도가 허용 한계값을 초과하면 나타나게 된다.

인젝터가 이러한 현상에 민감한 것은, 이러한 현상에 의해 야기되는 연료 흐름의 교란이나 더 나아가 연료 흐름이 차단되는 것에 기인한다.

코킹에 의한 연료 흐름의 교란은 인젝터의 하류 측에 위치하는 부품들에 기계적으로 영향을 미칠 뿐만 아니라 연소 품질에도 영향을 미치게 된다.

또한, 인젝터가 막히면 연료 분사에 영향을 끼쳐, 연료 분사가 더 이상 균일하게 이루어지지 않게 한다.

연소가 불량해지면 터보제트에 의해 방출되는 가스 오염이 증가되며, 더 나아가 터보제트를 더 이상 사용할 수 없게 되는 등의 심각한 문제를 야기한다.

인젝터가 코킹되지 않도록 하기 위해, 터보기계의 사용을 정지시키고 터보기계를 퍼지하는 장치를 사용하는 방법이 공지되어 있다.

이들 장치는 압축 공기를 분사하여 인젝터와 연료의 분사 램프(ramp)를 퍼지할 수 있다.

본 출원인이 출원한 FR 2871519호에 기재되어 있는 시스템과 같은, 종래 기술에 의한 시스템에서, 퍼지 장치(100)는 압축 공기를 공급하기 위한 회로(101), 및 연료를 공급하기 위한 회로(102)를 포함하고, 상기 2개의 회로는 별개로 구성되되 인젝터(107)의 입구부에 나란하게 연결되어 있다. 압축 공기 공급 회로(101)는 체크 밸브(103)를 포함하고, 연료를 공급하는 회로(102)는 체크 밸브(104)를 포함하여, 퍼지 공기가 연료 공급 회로로 역류하는 것을 방지하게 된다.

또한, 최근의 어느 인젝터에서는 종종 연료의 압력에 따라 인젝터에 연료의 공급량을 조절하여야만 한다.

이러한 경우, 공지되어 있는 기술에 의존하여 공급되는 연료량과 공급되는 퍼지 공기량을 관리하는 데에 전기 제어 밸브와 연계되어 있는 복수의 공급 회로를 사용할 필요가 있다.

그러나, 이들 장치들은 특히 부품들과 회로의 증대로 인해 부피가 크고 복잡하다. 또한, 이들 장치들은 고장 위험성이 크다.

본 발명은 전술한 단점들을 해결하는 방안을 제시한다.

이를 위해, 터보기계의 인젝팅 장치로, 적어도 제1 개구와 제2 개구를 구비하는 덕트, 및 덕트 내에 통과하는 유체 양을 조절할 수 있으며, 공급되는 연료가 통과하도록, 제1 연료 압력 이상에서만 제2 개구를 향해 제1 개구로부터 나온 연료가 통과하도록 변위할 수 있으며, 퍼지 공기가 통과하도록 제2 개구로부터 나오는 공기의 압력이 제1 압력보다 큰 제2 압력 이상인 경우에 제2 개구에서 나온 공기가 제1 개구를 향해 통과할 수 있도록 변위 하는 덕트 블로킹(blocking) 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 터보기계용 인젝팅 장치를 기재한다.

일 실시형태에서, 블로킹 시스템은 제1 탄성 모듈 위에 장착되며, 연료의 제1 압력(P1)에 따라 제1 개구로부터 나온 연료가 제2 개구를 향해 통과하도록 변위할 수 있는 제1 헤드를 포함한다.

일 실시형태에서, 블로킹 시스템은 제2 탄성 모듈 위에 장착되며, 제2 개구로부터 나오는 공기의 제2 압력에 근거하여 제2 개구에서 나온 공기가 제1 개구를 향해 횡단할 수 있도록 변위하되, 제2 압력이 제1 압력보다 큰 경우에 변위할 수 있는 제2 헤드를 포함한다.

일 실시형태에서, 제1 헤드는 제2 헤드 내부에서 이동할 수 있다.

일 실시형태에서, 제1 헤드와 상기 제2 헤드는 덕트 내에서 서로 반대방향으로 병진 이동할 수 있다.

일 실시형태에서, 상기 장치는 제2 헤드의 변위 방향으로 변위하는 제1 헤드의 변위를 차단할 수 있는 정지부를 포함한다.

특히 상기 제1 헤드의 제1 탄성 모듈은 제2 헤드의 일 단부에 고정되어 있어서, 제2 압력에서 변위하는 제2 헤드가 제1 헤드를 정지부를 향해 이동하게 한다.

본 발명은 전술한 바와 같은 장치를 포함하는 터보기계의 연소실용 인젝터 및 그러한 인젝터를 포함하는 터보기계에 관한 것이다.

본 발명의 하나의 이점은 단순하면서도 컴팩트한 장치를 제공한다는 것이다.

본 발명의 다른 이점은 연료 및 퍼지 공기 모두의 공급을 조절할 수 있는, 독특하면서 다기능의 장치를 제안하는 것이다.

본 발명의 또 다른 이점은 완전하게 퍼지할 수 있는 장치를 제안하는 것이다.

마지막으로, 본 발명의 이점은 구조가 단순하면서도 저가의 조절 툴을 사용한다는 것이다.

아래에 기재되어 있는 사항으로부터 본 발명의 다른 특징들과 이점들을 알 수 있을 것이다. 아래의 기재 사항은 순전히 설명을 위한 것이며, 이에 한정되는 것이 아니고, 첨부되어 있는 도면들과 연관지어 읽혀져야 한다.
도 1은 종래 기술에 따르는 퍼지 장치를 보여주고 있다.
도 2는 본 발명에 따르는 장치의 일 실시형태의 단면도이다.
도 3은 본 발명 장치의 일 실시형태의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치를 구성하는 요소들의 어셈블리를 보여주는 도면이다.
도 5는 인젝션 요소와 연계된 장치를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따르는 장치를 여러 개 포함하는 어셈블리의 일 실시형태를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따르는 연소실 인젝터의 일 실시형태를 보여주는 도면이다.

도 2 내지 도 4에는 터보기계 인젝터용 장치(1)의 일 실시형태가 도시되어 있다.

터보기계 인젝터용 장치(1)는 덕트(2)를 포함한다. 상기 덕트는 단면이 원형인 예컨대 일반적인 원통형이다.

덕트(2)는 적어도 하나의 제1 개구(3)와 제2 개구(4)를 구비한다.

일 실시형태에 따르면, 상기 개구들 중 하나는 덕트 벽에 설치되어 덕트 종축과 직교하는 방향으로 유체가 순환하도록 하고, 상기 개구들 중 다른 하나는 덕트의 축 단부에 설치되어 유체가 축 방향으로 순환하도록 한다.

일 개구로부터 다른 개구로 덕트를 지나가는 유체는 주로 터보기계의 연료와, 터보기계를 정화(purge)하기 위한 압축공기, 또는 이들 연료와 압축공기가 혼합된 혼합 유체이다.

장치(1)는 덕트(2) 내를 통과하는 유체 양을 조절할 수 있도록 덕트를 블로킹하는 시스템(5)을 또한 포함한다.

상기 블로킹 시스템(5)은,

- 연료를 공급하기 위해 연료가 제1 압력(P1) 이상인 경우에만, 연료가 제1 개구(3)로부터 제2 개구(4)로 통과할 수 있도록 하고,

- 공기의 압력이 상기 제1 압력(P1)보다 큰 제2 압력(P2) 이상인 경우에만, 퍼지 공기가 제2 개구(4)로부터 제1 개구(3)를 향해 통과할 수 있도록 구성된다.

이에 따라, 장치(1)는 하나의 덕트(2)만을 사용하여 특히 인젝터에 공급되는 연료량과 통과하는 퍼지 공기량 모두를 관리할 수 있게 된다. 이들 두 유체는 덕트(2) 내에서 서로 반대 방향으로 이동한다.

알 수 있는 바와 같이, 장치(1)는 자동 방식으로 작동할 수 있다.

P1은 예를 들어 2.5 내지 5 바(bar) 정도이고, P2는 예를 들어 4 내지 6 바이다. 다만, P1과 P2가 이에 한정되는 것은 아니다.

일 실시형태에서, 블로킹 시스템(5)은 제1 탄성 모듈(8) 위에 장착된 제1 헤드(7)를 포함한다. 제1 탄성 모듈(8)은 예를 들어 스프링을 포함한다.

제1 헤드(7)는, 제1 압력(P1) 이상인 경우에만 연료가 제1 개구(3)로부터 제2 개구(4)를 향해 통과하도록 변위될 수 있다.

특히, 장치(1)의 제1 개구(3)에서 장치(1) 내에 삽입된 연료의 압력에 의한 영향을 받아 제1 탄성 모듈(8)이 압축되어 제1 헤드(7)를 움직이게 된다.

이에 따라, 제1 헤드(7)는 덕트(2) 축을 따라 일반적인 병진 이동을 하게 된다. 이와 같이 제1 헤드(7)가 이동함에 따라 덕트(2) 내에 자유로운 순환 공간이 형성되어, 제1 개구(3)에 도입된 연료가 제2 개구(4)를 통해 덕트로부터 배출되게 된다.

도 3에 도시되어 있는 실시형태에서, 제1 헤드(7)는 볼 형상으로 되어 있다.

이와 유사하게, 일 실시형태에서, 블로킹 시스템(5)은 제2 탄성 모듈(10) 위에 장착된 제2 헤드(9)를 포함한다. 제2 헤드(9)는 제2 압력(P2)에 의해서만, 공기가 제2 개구(4)로부터 제1 개구(3)를 향해 통과하도록 이동할 수 있다. 제2 탄성 모듈(10)은 예컨대 스프링을 포함한다.

특히, 덕트(2) 내의 제2 개구(4) 레벨에 삽입된 압축공기의 압력의 영향을 받아, 제2 탄성 모듈(10)이 압축되어 제2 헤드(9)를 움직이게 한다. 이에 따라, 상기 제2 헤드(9)는 덕트(2) 종축을 따라 일반적인 병진 이동을 하게 된다. 이와 같이 제2 헤드(9)가 이동함에 따라 덕트(2) 내에 자유 순환 공간이 형성되어, 제2 개구(4)에 도입된 공기가 제1 개구(3)를 통해 덕트로부터 배출되게 된다.

일 실시형태에서, 제1 헤드(7)는 제2 헤드(9) 내부에서 이동할 수 있다.

도면들에 도시되어 있는 실시형태에서, 예컨대 회전방향으로 대칭형인 제1 헤드(7)의 직경은 역시 회전방향으로 대칭형인 제2 헤드(9)보다 작다. 제2 헤드(9)는 공동(11)을 구비하며, 제1 헤드(7)가 상기 공동을 관통하여 일측에서 타측으로 상기 제1 탄성 모듈(8)에 의해 가이드되며 이동할 수 있게 된다. 이 경우, 제1 탄성 모듈(8)은 제2 헤드(9)의 홈부 내의 집합체에 의해 특히 서포트(18) 위에 고정될 수 있다. 상기 서포트(18) 자체는 유체가 통과하는 개구부를 구비하고 있다.

공동(11)은 상기 제1 헤드(7)의 양측에 위치하는 2개의 개구(14, 15)에서 종료된다.

정지 위치에서, 제1 헤드(7)는 덕트의 제1 개구(3) 측에 위치하는 공동(11)의 개구(14)를 막고 있다.

이에 따라 덕트(2) 내로 흐르려는 연료는 제1 헤드(7)와, 덕트(2)의 제2 개구(4)를 막고 있는 제2 헤드(9)에 의해 차단되게 된다.

연료 압력이 제1 탄성 모듈(8)의 탄성력보다 커지면, 제1 헤드(7)가 개구(14)로부터 멀어지게 이동하여 연료가 공동(11)을 통해 덕트(2)의 제2 개구(4)를 향해 통과하게 된다.

일 실시형태에서, 원통형인 제2 헤드(9)는 환형 크라운(13)으로 종료되어, 제2 개구(4)를 에워싸는 덕트(2)의 에지(12)에 안착되어 있다.

환형 크라운(13)의 직경은, 제2 헤드(9)가 정지 위치에 있을 때에 제2 개구(4)를 차단할 수 있을 정도로 충분히 크다. 공기에 의해 제2 탄성 모듈(10)의 탄성력보다 큰 압력이 가해지면, 환형 크라운(13)이 상기 에지(12)로부터 떨어져셔 덕트(2) 내에 공기가 지나가는 통로가 형성된다. 특히, 공기는 제2 헤드(9)의 벽과 덕트(2)의 내벽 사이에 존재하는 공간에서 제2 헤드(9) 주위로 퍼질 수 있다.

일 실시형태에서, 제1 헤드(7)와 제2 헤드(9)는 덕트(2) 내에서 서로 반대 방향으로 병진 이동할 수 있다.

일 실시형태에 따르면, 장치(1)는, 제2 헤드(9)의 변위 방향을 따르는 제1 헤드(7)의 변위를 차단할 수 있는 정지부(16)를 포함한다. 상기 정지부(16)는 특히 덕트(2) 내에서 제2 헤드(9)의 개구(14)까지 연장하는 핑거(18)로 종료되는 베이스(17)를 포함한다.

핑거(16)는 제2 헤드(9)의 변위 방향으로 병진 이동하는 제1 헤드(7)를 막아, 퍼지가 좀 더 완전히 이루어질 수 있도록 한다. 특히, 공기는 제2 헤드(9)의 공동(11) 내로 유동할 수 있으며, 개구(14)에서 제2 헤드로부터 배출될 수 있으며, 더 이상 제1 헤드(7)에 의해 블로킹되지 않게 된다.

조절가능한 정지부(16)는, 퍼지할 때 공기 압력이 제2 시간 주기에 제2 헤드(9)를 이동시키고 제1 탄성 모듈(8)을 압축시키는 방식으로, 제1 헤드(7)와 (예를 들어 0.5 내지 1mm 범위에 속하는 공차를 가지며) 동일한 높이에 있게 된다. 이 때, 에지(12)와 모듈(13) 사이에서 개구(14)를 통해 퍼지 공기가 빠져 나가게 된다.

도면에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 헤드(7)의 제1 탄성 모듈(8)은 제2 헤드(9)의 일 단부에 고정되어 있다. 이에 따라, (제2 압력(P2)에 기초하는) 제2 헤드(9)의 이동이 제1 헤드(7)를 동일한 방향으로 정지부(16)를 향해 이동시킨다. 이에 따라, 제1 탄성 모듈(8)이 힘을 받게 된다.

전술한 바와 같이, 개구(14)가 제2 헤드(9)의 타 단부에 위치하고 제1 헤드(7)에 의해 차단됨에 따라 퍼지가 완전하게 이루어지게 된다.

도 5에는 본 발명 장치를 사용하는 실시형태의 개략적인 구성이 도시되어 있다.

제1 단계를 수행하는 중에, 연료의 일부가 제1 탄성 모듈(8)이 변위할 수 있는 압력보다 낮은 압력에서 인젝션 회로(21) 내에서 순환한다.

결과적으로, 연료는 예를 들어 시동 회로의 인젝션 요소인 제1 인젝션 요소(20)만으로 전달된다. 시동 인젝터로도 불리는 상기 인젝션 요소는, 스파크 플러그가 구비된 연소실 일부를 연료의 연소에 의해 점화되도록 연료를 분사할 수 있다.

인젝션 회로(20) 내에서 연료의 압력이 증가하여 제1 헤드(7)가 변위하면 덕트(2)를 통해 연료가 주 시동 회로의 다른 인젝션 요소(22)를 향해 이동할 수 있으며, 이는 전체 연소실에서 연료가 연소될 수 있는 수준으로 연료를 분사하여 전 연소실이 점화되도록 구성된다.

점화 플러그가 꺼지고 연료 공급이 중단된 후, 전술한 바와 같이 압축 공기가 덕트(2) 내에서 연료 순환 방향과 반대 방향으로 이동하면서 퍼지가 이루어진다. 압축 공기는 일반적으로 터보기계의 압축기로부터 나온다.

퍼지는 압축 공기가 인젝션 회로, 시동 회로, 주 시동 회로 및 인젝션 요소들과 같은 여러 요소들을 통과함에 따라 여러 요소들이 정화되도록 한다.

일반적으로 다수의 장치들은 다수의 시동 회로 및 인젝션 요소들과 결합하여 사용될 수 있다. 이는, 어셈블리가 간단하면서도 효율적인 방식으로 퍼지되도록 하면서도, 연료가 다양한 압력으로 전달될 수 있도록 한다.

복수의 연료 인젝션 요소들(연소실을 향해 연소를 분사시킬 수 있는 요소들) 및 다양한 제1 압력에 기초하여 연료를 통과시키도록 구성되는 복수의 블로킹 시스템을 포함하는 어셈블리가 얻어져서, 인젝션 요소들에 연료가 다양한 압력으로 공급되게 된다. 이는 연료 압력에 따라 연료 인젝션의 다양한 램프를 차별화할 수 있도록 한다.

장치들의 어셈블리에 의해 퍼지가 이루어지고, 이들 장치의 블로킹 시스템은, 예를 들면 상기 모든 장치들이 공유하는 공기의 제2 압력에 기초하여 제2 개구로부터 제1 개구를 향해 공기가 이동할 수 있도록 조절될 수 있다.

이에 따라, 도 6에서,

- 인젝션 요소(25)는 압력(P1)에서 연료를 받아들이고;

- 인젝션 요소(26)는 P2>P1인 압력 P2에서 연료를 받아들이며;

- 인젝션 요소(27)는 P3>P2인 압력 P3에서 연료를 받아들인다.

이러한 구성을 사용하여, 캐스케이드 방식으로 인젝션 요소들을 점화할 수 있게 되어, 연료의 공통 공급에 기초하여 일렬로 배치되어 있는 연소실의 인젝터를 캐스케이드 방식으로 점화할 수 있게 된다. 압력 P1, P2 및 P3에 비교되는 연료 압력치에 기초하여 연소실 인젝터들이 작동되게 된다.

도 7에 터보기계의 연소실 인젝터(24)의 일 실시형태가 도시되어 있다. 상기 일 실시형태는 연료를 점화하기 위한 점화 플러그(22), 및 연료 도달부(23)를 포함한다. 인젝터는 전술한 바와 같은 장치를 포함한다. 인젝터는 도 6을 참고하여 기재한 장치에 따라 사용될 수도 있으며, 복수의 회로들과 연료 인젝션 요소들이 사용된다.

이 연소실은 통상적인 방식으로 터보기계 내에 삽입된다. 연소실의 인젝터는 터보기계의 연소실의 케이싱에 삽입되는 것이 일반적이다.

Claims (7)

1. 터보기계의 연소실 인젝터용 장치(1)로,
   적어도 제1 개구(3), 및 제2 개구(4)를 구비하는 덕트(2);
   덕트(2) 내에 통과하는 유체를 조절할 수 있으며, 상기 덕트를 블로킹하는 시스템(5)으로,
   제1 탄성 모듈 위에 장착되며, 공급되는 연료가 통과하도록, 연료의 제1 압력(P1)에서만 제2 개구를 향해 제1 개구로부터 나온 연료가 통과하도록 변위할 수 있는, 제1 헤드(7),
   제2 탄성 모듈 위에 장착되며, 퍼지 공기가 통과하도록 제2 개구(4)로부터 나오는 공기의 제2 압력에 근거하여 제2 개구(4)에서 나온 공기가 제1 개구(3)를 향해 횡단할 수 있도록 변위하되, 제2 압력이 제1 압력보다 큰 경우에 변위할 수 있는 제2 헤드(9)를 포함하는 시스템(5);
   상기 제2 헤드(9)의 변위 방향으로 상기 제1 헤드(7)의 변위를 블로킹할 수 있는 정지부(16);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보기계의 연소실 인젝터용 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 헤드(7)의 제1 탄성 모듈이 상기 제2 헤드(9)의 일 단부에 고정되어, 제2 압력(P2)에 근거하는 제2 헤드(9)의 변위가 상기 제1 헤드(7)가 상기 정지부(16)를 향해 변위하도록 하는 것을 특징으로 하는 터보기계의 연소실 인젝터용 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1 헤드(7)가 상기 제2 헤드(9) 내부에서 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 터보기계의 연소실 인젝터용 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 헤드(7)와 상기 제2 헤드(9)가 덕트(2) 내에서 서로 반대방향으로 병진 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 터보기계의 연소실 인젝터용 장치.
5. - 복수의 연료 인젝션 요소(25, 26, 27) 및
   - 차압에 근거하여 인젝션 요소에 연료가 공급되도록, 장치의 블로킹 시스템(5)은 제1 압력의 차압 값에 근거하여 연료를 통과시키도록 구성되는, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 복수의 장치를 포함하는 어셈블리.
6. 터보기계의 연소실용 인젝터로, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보기계의 연소실용 인젝터.
7. 제6항에 따른 연소실 인젝터를 포함하는 터보기계.

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