KR20160007411A - 축류 스월러 - Google Patents

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KR20160007411A
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페르난도 비아지올리
마드하반 나라심한 포이아파캄
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알스톰 테크놀러지 리미티드
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Abstract

본 발명은 특히 가스 터빈들에서 산화제와 연료의 예혼합을 위한 축류 스월러에 관한 것이다. 가스 터빈 버너용 축류 스월러는 스월러 축 주위에 배열되고 또한 내부 반경(Rmin)과 외부 반경(Rmax) 사이에서 방사 방향으로 연장하는 스트림라인 단면을 가진 복수의 스월 베인들을 포함한다. 각각의 스월 베인(3)은 리딩 에지, 트레일링 에지, 및 상기 리딩 및 트레일링 에지들 사이에서 각각 연장하는 흡입측 및 압력측을 갖고, 상기 트레일링 에지에서 스월 베인 캠버 라인에 대한 접선과 상기 스월러 축 사이의 배출 유동 각(α)은 상기 스월러 축으로부터 방사상 거리(R)의 제 1 함수이고, 상기 스월 베인의 최대 캠버의 위치는 상기 스월러 축으로부터 방사상 거리(R)의 제 2 함수이고, 적어도 하나의 스월 베인에 대해, 상기 제 1 및 제 2 함수들은 Rmin 내지 Rmax의 상기 방사상 거리를 따라 각각의 국소적 최대값 및 국소적 최소값을 각각 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 이와 같은 스월러를 갖는 버너에 관한 것이다.

Description

축류 스월러{AXIAL SWIRLER}
본 발명은 특히 가스 터빈들에서의 예혼합 목적들을 위한 축류 스월러에 관한 것이고, 또한 이와 같은 스월러를 갖는 연소 챔버용 버너에 관한 것이다. 특히 본 발명은 적어도 하나의 가스 및/또는 액체를 버너 내로 유입하기 위한 축류 스월러들에 관한 것이다.
스월러들은 다양한 기술 용례들에서 혼합 장치들로서 사용된다. 스월러들의 최적화는 혼합기의 명시된 정도의 균질성을 얻도록 요구된 에너지를 감소시키는 것을 목적으로 한다. 연속 유동 혼합에서, 혼합 장치를 통한 압력 강하는 요구되는 에너지 양을 측정하기 위한 변수이다. 또한, 명시된 정도의 균질성을 얻도록 요구된 시간 및 공간은 혼합 장치들 또는 혼합 요소들의 평가를 위한 중요한 매개변수들이다. 스월러들은 일반적으로 2개 이상의 연속 유체 스트림들의 혼합을 위해 사용된다. 축류 스월러들은 가장 흔하게 가스 터빈 연소기들에서 예혼합기들로서 사용된다. 소위 스월(swirl) 횟수(Sn)는 축류 스월러의 스월 강도를 특징으로 한다. 스월 횟수는 방위각 운동량의 축 플럭스와 축 운동량의 축 플럭스 사이의 비 곱하기 스월 반경으로 규정된다. 스월 횟수는 스월러에 의해 유발된 환형 유동에서 스월의 강도의 표시이다.
스월 버너들은 공기 유동에 충분히 강한 스월을 가하여, 가스 터빈 연소기들에서 화염의 안정화를 위해 사용될 수 있는 와류 파괴 기구에 기인하여 중앙 반전 유동 구역(CRZ)의 형성을 야기하는 장치들이다.
최고의 연료-공기 예혼합 및 낮은 압력 강하를 목적으로 하는 것이 보통 이 종류의 장치들에 대한 과제이다. 양호한 연료-공기 예혼합은 사실상 화염이 안정화되는 CRZ 전의 혼합 구역에서 성취되어야 한다. 이것은 충분히 높은 압력 손실의 혼합 구역에서의 필요, 즉, 연료와 공기를 잘 예혼합하는데 필수적인 접선 방향의 전단을 허용하는 충분히 높은 스월 횟수의 스월러의 사용을 의미한다. 그러나 높은 스월 횟수 유동은 또한 이 구역에서의 너무 많고 불필요한 압력 손실이 있는 CRZ에서의 강한 전단에 대한 원인을 제공한다.
축 스월 버너의 표준 디자인에 대한 개선이 US 2012/0285173호에 제안되어 있다. 이 개선은 주요 와류에 삽입된 작은 규모의 역회전하는 와류들을 생성할 수 있고 또한 주요 와류의 스월 횟수에 관한 상당한 영향 없이 연료-공기 혼합을 개선할 수 있는 로브(lobed) 트레일링 에지의 도입으로 구성된다. (EP 2 522 912호에 개시된) 비스월 장치들에 대한 로브들의 적용에서 근원을 갖는 해결책은 CRZ에서 압력 손실에 대한 이득과 함께, 주요 스월 유동의 적은 스월 횟수들로 개선된 연료-공기 혼합을 성취하도록 허용한다.
그러나 기존 설계 개념들(표준 및 로브 스월러들)의 사용은 몇몇 위험 및 단점을 갖는다. 로브 축류 스월러의 경우에, 주요 위험은 스월러의 코드(chord)를 따라 너무 늦게 발생하는 출구 유동 각의 변화에 기인하는 트레일링 에지에서의 유동 분리이다. 제 2 결함은 연료를 주위에 이동시켜서 연료 공간적 분포(공간적 비혼합)의 제어 및 최적화를 상당히 제약하는 스월러 베인들의 회전 제 2 유동 구조체들의 형성에 의해 제공된다. 또한, 로브 구조체에 의해 주어진 트레일링 에지를 따른 강한 뒤틀림은 주요 제작 어려움을 나타낸다.
이 모든 이유들로, 감소된 압력 강하, 강한 플래시백 특성 및 개선된 NOx(더 나은 혼합에 기인한)를 허용함과 동시에 또한 디자인을 비교적 단순하게 유지할 수 있는 새로운 스월러들이 필요하다.
본 발명의 목적은 낮은 압력 강하를 하는 매우 효과적인 스월러를 제공하는 것이다. 이러한 스월러의 적용으로서 이러한 스월러를 포함하는 버너가 개시된다.
상기 목적 및 다른 목적은 가스 터빈 버너용 축류 스월러에 의해 성취되고, 상기 축류 스월러는 스월러 축 주위에 배열되고 또한 내부 반경(Rmin)과 외부 반경(Rmax) 사이에서 방사 방향으로 연장하는 스트림라인 단면을 가진 복수의 스월 베인들을 포함한다. 최소 방사상 거리(Rmin)는 상기 스월러 축으로부터 스월 베인의 내부 측면 또는 내부 측 방향 표면까지의 거리이다. 최대 방사상 거리(Rmax)는 상기 스월러 축으로부터 스월 베인의 외부 측면 또는 외부 측 방향 표면까지의 거리이다. 각각의 스월 베인은 리딩 에지, 트레일링 에지, 및 상기 리딩 및 트레일링 에지들 사이에서 각각 연장하는 흡입측 및 압력측을 갖는다. 상기 트레일링 에지에서 스월 베인 캠버 라인에 대한 접선과 상기 스월러 축 사이의 배출 유동 각(α)은 상기 스월러 축으로부터 방사상 거리(R)의 제 1 함수이고, 상기 스월 베인의 최대 캠버의 위치는 상기 스월러 축으로부터 방사상 거리(R)의 제 2 함수이다. 적어도 하나의 스월 베인에 대해, 상기 제 1 및 제 2 함수들은 Rmin 내지 Rmax의 상기 방사상 거리를 따라 각각의 국소적 최대값 및 국소적 최소값을 각각 포함한다.
하나의 실시예에 따르면, 상기 스월러 축으로부터 방사상 거리(R)의 상기 제 1 함수 및/또는 상기 스월러 축으로부터 방사상 거리(R)의 상기 제 2 함수는 주기 함수들이다. 상기 스월러 축으로부터 방사상 거리(R)의 상기 제 1 함수의 주기 및/또는 상기 스월러 축으로부터 방사상 거리(R)의 상기 제 2 함수의 주기는 1 내지 100mm, 바람직하게는 20 내지 60mm의 범위 내에 있다. 상기 스월러 축으로부터 방사상 거리(R)의 상기 제 1 함수 및/또는 상기 스월러 축으로부터 방사상 거리(R)의 상기 제 2 함수는 사인 함수들이다.
또 하나의 실시예에 따르면, 상기 스월러 축으로부터 방사상 거리(R)의 상기 제 1 함수 및/또는 상기 스월러 축으로부터 방사상 거리(R)의 상기 제 2 함수는 삼각형 함수 또는 직사각형 함수이다.
하나의 실시예에 따르면, 상기 스월러 축으로부터 방사상 거리(R)의 상기 제 1 함수 및/또는 상기 스월러 축으로부터 방사상 거리(R)의 상기 제 2 함수는 동일한 함수 유형이다. 예를 들어, 함수들은 둘 다 사인 함수이다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 스월러 축으로부터 방사상 거리(R)의 상기 제 1 함수 및/또는 상기 스월러 축으로부터 방사상 거리(R)의 상기 제 2 함수는 실질적으로 Rmin 내지 Rmax 범위에서 방사상 거리에 따라 같은 위상이다.
하나의 실시예에 따르면, 상기 스월러 축으로부터 방사상 거리(R)의 상기 제 1 주기 함수가 아래의 함수에 의해 주어지고:
α0 + Rbα*sin(2πNR)
여기서 α0는 고정각이고, α*는 최대 각 편차이고, b 및 N은 유리수이다.
또 다른 실시예에 따르면, 모든 스월 베인들이 동일하게 형성되고 그리고/또는 상기 모든 스월 베인들은 상기 스월러 축 주위에 원으로 배열된다.
또 다른 실시예에 따르면, 2개의 인접한 베인들의 상기 스월러 축으로부터 방사상 거리(R)의 상기 제 1 함수는 같은 위상이거나 또는 다른 위상으로 반전된다.
버너가 적용된다면, 상술된 바와 같은 스월러가 저압 강하로 양호한 혼합을 야기하지만 또한 차후의 연소기에서의 높은 재순환 유동을 야기한다.
상술된 바와 같은 축류 스월러를 포함하는 버너는 상기 스월 베인들 중 적어도 하나가 적어도 하나의 연료를 상기 버너에 도입하기 위한 적어도 하나의 연료 노즐을 가진 분사 장치로서 구성된다는 것을 특징으로 한다. 버너는 하나의 스월러 또는 복수의 스월러들을 포함할 수 있다. 하나의 스월러를 갖는 버너는 일반적으로 원형 단면을 갖는다. 복수의 스월러들을 포함하는 버너는 임의의 단면을 가질 수 있지만 단면은 일반적으로 원형 또는 직사각형이다. 일반적으로 복수의 버너들은 가스 터빈의 축 주위에 동축으로 배열된다. 버너 단면은 제한 벽에 의해 규정되고, 제한 벽은 예를 들어, 캔 형태의 버너를 형성한다.
하나의 실시예에서 전체 하중 하의 버너는 바람직하게 모든 스월 베인들 중 적어도 하나의 흡입측 또는 압력측으로부터 연료를 분사한다.
특히 바람직한 실시예에서, 연료는 각각의 스월러 베인의 흡입측 및 압력측 상으로, 즉, 분사 스월 베인의 양 측면들로부터 동시에 분사된다.
바람직하게 상술된 축류 스월러 및/또는 버너는 환형 연소기, 캔 연소기들 또는 단일 또는 재가열 엔진들에서 사용된다.
본 발명의 추가의 실시예들은 인용항들에 나타나 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 도면들을 참조하여 다음에 설명되고, 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명할 목적이고 제한하고자 하는 목적은 아니다.
도 1은 종래 배출 유동 각 α(R) = 일정하고, 트레일링 에지들을 갖는 스월 베인들을 가진 종래의 스월러 상에서 본 개략 사시도.
도 2는 NACA4 날개에 기초한 스월러 블레이드의 단면도.
도 3은 αMIN = 20°, αMAX = 50°인 표준 축류 스월러에 대한 Ω/L의 분포를 도시한 도면.
도 4는 L=1.4, Ω=45°에 대응하는 8개 블레이드 표준 축류 스월러의 개략 사시도.
도 5는 도 3 및 도 4에 대응하는 표준 스월러의 출구 유동 각의 방사상 분포를 도시한 도면.
도 6은 로브 축류 스월러에 대한 Ω/L의 분포를 도시한 도면.
도 7은 표준 및 로브 스월러에 대한 출구 유동 각의 방사상 분포를 도시한 도면(출구 유동 각은 3개의 반경값들에 대한 테이블에 주어짐).
도 8은 종래 기술에 따른 로브 스월러의 개략 사시도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 축류 스월러에 대한 Ω/L의 분포를 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 축류 스월러의 개략 사시도.
도 11은 본 발명에 따른 a) 표준, b) 로브 및 c) 스월러에 대한 3개의 다른 반경값들 및 출구 유동 각에서의 트레일링 에지를 도시한 도면.
도 12는 3개의 다른 방사 단면들에 있어서 스월러의 3개의 유형들: 본 발명에 따른 a) 표준, b) 로브 및 c) 스월러의 경우에 완전한 날개들을 도시한 도면.
도 13은 본 발명에 따른 스월러에 있어서, 직선에 따라 트레일링 에지를 유지하는데 필수적인 반경을 증가시키기 위한 최대 캠버 위치의 단조롭지 않은 변화를 도시한 도면.
도 14는 본 발명의 실시예들: a) 버너 당 하나의 스월러를 포함하는 버너들을 가진 환형 연소기의 예뿐만 아니라 b) 버너 당 5개의 스월러들을 포함하는 버너들을 가진 환형 연소기의 예에 따라 도시한 도면.
도 15는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 스월러 블레이드의 a) 흡입측 및 b) 압력측으로부터의 연료 분사를 도시한 도면.
도 1은 종래의 스월러(43) 상에서 본 개략 사시도를 도시한다. 스월러(43)는 내부 제한벽(44'), 외부 제한벽(44''), 입구 영역(45), 및 출구 영역(46)을 가진 환형 하우징을 포함한다. 베인들(3)은 내부 제한벽(44')과 외부 제한벽(44'') 사이에 배열된다. 스월 베인들(3)에는 스월 축(47)으로부터의 거리(R)에 의존하지 않지만 환형부를 걸쳐 일정한 배출 유동 각이 제공된다. 각각의 베인(3)의 리딩 에지 영역은 프로파일을 갖고, 프로파일은 입구 유동 방향(48)과 평행하게 향하게 된다. 베인들은 내부 반경(Rmin)과 외부 반경(Rmax) 사이에서 방사상 거리로 연장한다. 도시된 예에서 유입은 스월러(43)의 길이 방향 축(47)과 동축으로 행해진다. 베인들(3)의 프로파일들은 유동 상에 스월을 부과하도록 주요 유동 방향(48)으로부터 최종적으로 출구 유동 방향(55)으로 돌고, 입구 유동 방향(48)에 대한 각을 갖는다. 주요 유동은 환형 스월러와 동축으로 이루어진다. 출구 유동은 스월러(43)의 축(47) 둘레를 회전한다.
본 발명의 실시예들의 더 나은 이해 및 적용을 위해서, 먼저, 종래 기술로부터의 표준 및 로브 축류 스월러의 디자인이 설명될 것이다.
표준 축류 스월러 의 디자인
본 발명자들은 출구 유동 각(α)을 갖는 스월러들의 클래스를 참조하였고, 출구 유동 각의 접선은 최소 반경(RMIN)에서의 최소 값(αMIN)으로부터 최대 반경(RMAX)에서의 최대 값(αMAX)으로 방사 방향으로 선형적으로 증가한다. 반경은 최대 값으로 정규화되고, 따라서 RMAX=1이다:
tan[α(R)]=K1R+K2; 여기서 K1, K2는 αMIN 및 αMAX로부터 나옴.
스월러 블레이드(3)는 도 2에 도시된 바와 같이 NACA 유형의 날개들로 주어진 바와 같이, 캠버 라인 및 블레이드 두께의 소정 분포에 의해 규정된 반경(R)에서의 단면을 특징으로 한다. 스월 베인(3)은 리딩 에지(25), 트레일링 에지(24), 및 상기 리딩 및 트레일링 에지들(25, 24) 사이에서 각각 연장하는 흡입측(22) 및 압력측(23)을 갖는다. 스월러 축 및 트레일링 에지에서의 날개 캠버 라인에 대한 접선의 방사상 분포가 타겟 출구 유동 각 분포(α(R))와 동일할 것을 요구하는 스월러 블레이드들이 획득된다.
추가의 조건이 스월러 축과 정렬된 리딩 에지에서의 캠버 라인에 대한 접선에 의해 제공된다. 이 2개의 조건들은 Ω/L의 분포, 원통형 좌표계에서의 리딩 에지로부터 트레일링 에지로의 방위각 강하(Ω)와 스월러 블레이드 축 연장(L) 사이의 비, 및 임의의 소정 반경(R)에서의 최대 캠버(C)의 위치 사이의 일대일 관계를 결정한다.
도 3은 최대 캠버(C)의 위치 및 반경(R)의 관점에서 αMIN=20°, αMAX=50°를 갖는 스월러에 대한 비의 분포를 나타낸다. R=Rmin으로부터 R=Rmax로의 임의의 경로는 타겟 출구 유동 분포를 명목상 전달하는 스월러 블레이드를 나타낸다. 예를 들어, L=코스트(cost)=1.4 및 Ω=45°를 갖는 스월러가 획득되고 검은 선에 의해 주어진 바와 같이 거의 일정하거나 또는 0.4와 동일한 방사상 분포를 취한다.
이 스월러가 도 4에 도시된 반면, 무차원 반경(R)의 함수로서 출구 유동 각이 도 5에 도시된다.
로브 스월러의 디자인
축 로브 스월러는 보통 표준 축류 스월러를 특징으로 하는 주요한 하나에 대한 출구 유동 각에서의 주기적 편차를 첨가하여 획득된다.
이 디자인에 대응하는 스월러 맵이 도 6에 도시된다.
본원에서 사용되는 편차는 다음과 같다:
Δα(R)=Rbα*sin(2πNlobes R)
여기서 α*는 최대 편차이고, Nlobes는 로브들의 수이고 Rb로부터의 선형 의존도가 최소 반경 내지 최대 반경으로 최대 편차를 변조하도록 도입된다. 0.3 및 3 사이의 b의 값이 고려된다.
이러한 스월러의 디자인은 표준 축류 스월러의 최대 캠버의 위치로부터 시작하는 날개들(때때로 갑자기)을 따라 거의 점진적으로 변동을 시작하여 성취된다. 이러한 디자인 개념은 b=1 및 α=10°의 경우에 대해 도 8에 도시된 바와 같이 주기적인 로드 트레일링 에지를 갖는 스월러를 야기한다. 로브 스월러에 대한 무차원 반경(R)의 함수로서 출구 유동 각은 도 7에 도시된다.
본 발명에 따른 스월러의 디자인
로브 축류 스월러에 대한 이전 부문에 제공된 디자인 기준은 트레일링 에지의 방위각 강하(Ω)의 주기적 변동을 의미한다. 본원에 제안된 본 발명의 실시예들에 따른 디자인은 최대 캠버(C)의 위치의 변동을 보상하여 트레일링 에지의 변동을 회피하는 것으로 구성된다.
직선 트레일링 에지를 제공하는 최대 캠버(C)의 위치의 필수적인 분포가 도 9의 스월러 맵으로부터 나타난다. 이것은 Ω/L=32°의 두꺼운 파선이고(도 9), 파선은 트레일링 에지의 로브 형태의 균형을 이루는, 최대 캠버(C)의 위치에서의 주기적 변동을 의미한다. 최대 캠버 라인 분포의 선택에 의해 획득된 축류 스월러가 도 10에 도시된다. 이 스월러는 로브 축류 스월러의 동일한 배출 유동 특성들을 갖고 직선인 트레일링 에지를 나타낸다.
더 분명한 설명을 하기 위해, 본 발명에 따른 a) 표준, b) 로브 및 c) 스월러에 대한 3개의 다른 방사 위치들에서의 날개들이 도 11에 도시된다. 도면은 표준 스월러 및 본 발명에 따른 스월러의 경우에, 트레일링 에지(직선 트레일링 에지의 경우에 예상되는 바와 같은)의 단조로운 방위각 변위 및 로브 스월러의 경우에 단조롭지 않은 변위를 나타낸다. 그러나 각(α)의 변동은 타겟 분포에 의해 요구된 바와 같이 표준 스월러의 경우에만 단조롭다.
도 12는 3개의 다른 방사 위치들에서의 완전한 날개들을 도시한다. 도면은 최대 캠버의 위치가 본 발명에 따른 스월러의 경우에 단조롭지 않게 이동하는 동안 표준 스월러 및 로브 스월러의 경우에 거의 일정하거나 또는 0.4와 동일함을 나타낸다. 본 발명에 따른 축류 스월러에 대한 특성은 도 11에 상세히 도시되어 있다.
상술한 실시예는 트레일링 에지(24)에서의 스월 베인 캠버 라인(27)에 대한 접선과 스월러 축(47) 사이의 배출 유동 각(α)이 스월러 축(47)으로부터 방사상 거리(R)의 사인 함수이고, 또한 스월 베인의 최대 캠버(C)의 일부가 스월 축(47)으로부터 방사상 거리(R)의 사인 함수임을 나타낸다. 이 유형의 함수(사인)는 제한되지 않는다. 본 발명은 적어도 하나의 스월 베인(3)에 대해, 상기 제 1 및 제 2 함수들이 각각 Rmin 내지 Rmax 범위의 상기 방사상 거리를 따라 각각의 국소적 최대값 및 국소적 최소값을 포함하는 임의의 경우를 포함한다. 국소적 최대값 및 국소적 최소값은 일반적으로 다음과 같이 규정된다:
국소적 최대값들의 규정: 함수(f(x))가 일부 간격(I) 내의 모든 x에 대해 f(x0)≥f(x)이도록 x0를 포함하는 I가 존재하거나 존재하는 경우에 x0에서 국소적 최대값을 갖는다.
국소적 최소값들의 규정: 함수(f(x))가 일부 간격(I) 내의 모든 x에 대해 f(x0)≤f(x)이도록 x0를 포함하는 I가 존재하거나 존재하는 경우에 x0에서 국소적 최소값을 갖는다.
국소적 최대값 또는 최소값에서의 함수의 1차 도함수는 0이다.
트레일링 에지(24)에서의 스월 베인 캠버 라인(27)에 대한 접선(26)과 스월러 축(47)으로부터 방사상 거리(R)의 함수로서 스월 베인의 최대 캠버(C)(21)의 위치의 조합들의 다른 비제한적 예들이 인용항들에 나타나 있다.
상술한 바와 같은 축류 스월러를 포함하는 버너는 스월 베인들 중 적어도 하나가 적어도 하나의 연료를 버너에 도입하기 위한 적어도 하나의 연료 노즐을 가진 분사 장치로서 구성되는 것을 특징으로 한다. 버너는 하나의 스월러 또는 복수의 스월러들을 포함할 수 있다. 하나의 스월러를 갖는 버너는 일반적으로 원형 단면을 갖는다. 복수의 스월러들을 포함하는 버너는 임의의 단면을 가질 수 있지만 단면은 일반적으로 원형 또는 직사각형이다. 일반적으로 복수의 버너들은 가스 터빈의 축 주위에 동축으로 배열된다. 버너 단면은 제한 벽에 의해 규정되고, 제한 벽은 예를 들어, 캔 형태의 버너를 형성한다.
하나의 실시예에서, 전체 하중 하의 버너는 바람직하게 모든 스월 베인들 중 적어도 하나의 흡입측 또는 압력측으로부터 연료를 분사한다.
특히 바람직한 실시예에서, 연료는 각각의 스월러 베인의 흡입측 및 압력측 상에, 즉, 분사 스월 베인의 양 측면들로부터 동시에 분사된다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따라: a) 버너 당 하나의 스월러를 포함하는 버너들을 가진 환형 연소기의 예뿐만 아니라 b) 버너 당 5개의 스월러들을 포함하는 버너들을 가진 환형 연소기의 예를 도시한다.
도 15는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 스월러 블레이드의 흡입 및 압력측으로부터의 연료의 분사를 도시한다.
1: 버너
3: 스월 베인
22: 스월 베인의 흡입측
23: 스월 베인의 압력측
27: 캠버 라인
26: 캠버 라인에 대한 접선
25: 스월 베인의 리딩 에지
24: 스월 베인의 트레일링 에지
43: 축류 스월러
47: 스월러 길이 방향 축
48: 입구 유동 방향
44: 제한벽
44': 내부 제한벽
44'': 외부 제한벽
45: 입구 영역
46: 출구 영역
51, 52: 연료 노즐들
α: 배출 유동 각
β: 지수
C: 임의의 소정 반경(R)에서의 최대 캠버의 위치
Ω: 원통형 좌표계에서 리딩 에지로부터 트레일링 에지로의 방위각 감소
L: 스월러 블레이드 축 연장
R: 반경 거리
α(R): α의 R-의존성
Rmin: 최소 R
Rmax: 최대 R
α(Rmin): 최소 α
α(Rmax): 최대 α
Sn: 스월 횟수

Claims (13)

  1. 가스 터빈 버너용 축류 스월러(43)로서, 스월러 축(47) 주위에 배열되고 또한 내부 반경(Rmin)과 외부 반경(Rmax) 사이에서 방사 방향으로 연장하는 스트림라인 단면을 가진 복수의 스월 베인들(3)을 포함하고, 각각의 스월 베인(3)은 리딩 에지(25), 트레일링 에지(24), 및 상기 리딩 및 트레일링 에지들(25, 24) 사이에서 각각 연장하는 흡입측(22) 및 압력측(23)을 갖고, 상기 트레일링 에지(24)에서 스월 베인 캠버 라인(27)에 대한 접선(26)과 상기 스월러 축(47) 사이의 배출 유동 각(α)은 상기 스월러 축(47)으로부터 방사상 거리(R)의 제 1 함수이고, 상기 스월 베인의 최대 캠버(21)의 위치는 상기 스월러 축(47)으로부터 방사상 거리(R)의 제 2 함수인, 축류 스월러에 있어서,
    적어도 하나의 스월 베인(3)에 대해, 상기 제 1 및 제 2 함수들은 Rmin 내지 Rmax의 상기 방사상 거리를 따라 각각의 국소적 최대값 및 국소적 최소값을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 축류 스월러(43).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스월러 축(47)으로부터 방사상 거리(R)의 상기 제 1 함수 및/또는 상기 스월러 축(47)으로부터 방사상 거리(R)의 상기 제 2 함수는 주기 함수인 축류 스월러(43).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 스월러 축(47)으로부터 방사상 거리(R)의 상기 제 1 함수의 주기 및/또는 상기 스월러 축(47)으로부터 방사상 거리(R)의 상기 제 2 함수의 주기는 1 내지 100mm, 바람직하게는 20 내지 60mm의 범위 내에 있는 축류 스월러(43).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스월러 축(47)으로부터 방사상 거리(R)의 상기 제 1 함수 및/또는 상기 스월러 축(47)으로부터 방사상 거리(R)의 상기 제 2 함수는 사인 함수인 축류 스월러(43).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스월러 축(47)으로부터 방사상 거리(R)의 상기 제 1 함수 및/또는 상기 스월러 축(47)으로부터 방사상 거리(R)의 상기 제 2 함수는 실질적으로 Rmin 내지 Rmax 범위에서 같은 위상인 축류 스월러(43).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스월러 축으로부터 방사상 거리(R)의 상기 제 1 주기 함수가 아래의 함수에 의해 주어지고:
    α0 + Rbα*sin(2πNR)
    여기서 α0는 고정각이고, α*는 최대 각 편차이고, b 및 N은 유리수인 것을 특징으로 하는 축류 스월러(43).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 모든 스월 베인들(3)이 동일하게 형성되고 그리고/또는 상기 스월 베인들(3)은 상기 스월러 축(47) 주위에 원으로 배열되는 것을 특징으로 하는 축류 스월러(43).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 2개의 인접한 베인들(3)의 상기 스월러 축(47)으로부터 방사상 거리(R)의 상기 제 1 함수는 같은 위상이거나 또는 다른 위상으로 반전되는 축류 스월러(43).
  9. 가스 터빈의 연소 챔버용 버너(1)로서,
    제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 축류 스월러(43)를 포함하는 것을 특징으로 하는 버너(1).
  10. 제 9 항에 있어서, 연료 분사 수단을 추가로 포함하는 버너(1).
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 스월 베인들(3) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 연료를 상기 버너(1)에 도입하기 위한 적어도 하나의 연료 노즐(51, 52)을 가진 분사 장치로서 구성되는 버너(1).
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 연료는 적어도 하나의 스월 베인(3)의 흡입측(22) 상으로 분사되는 것을 특징으로 하는 버너(1).
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 연료는 적어도 하나의 스월 베인(3)의 압력측(23) 상으로 분사되는 버너(1).
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