KR20180121354A

KR20180121354A - 연소 시스템 내의 흐름 불균일성 교정 장치

Info

Publication number: KR20180121354A
Application number: KR1020180035134A
Authority: KR
Inventors: 스펜스 케빈; 벨리예프 블라디미르
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2018-11-07
Also published as: US10584877B2; US11137142B2; US20180313541A1; US20200149744A1; KR102094278B1

Abstract

연소기는: 연소실과; 연소실을 덮는 캡과; 캡을 관통하며 제1 길이와 제1 벨 마우스를 가지는 제1 스월러 유입 컵과; 캡을 관통하며 제2 길이와 제2 벨 마우스를 가지는 제2 스월러 유입 컵과; 그리고 캡을 관통하며 제3 길이와 제3 벨 마우스를 가지는 제3 스월러 유입 컵을 포함하고, 제1 길이가 제3 길이와 다르고, 제1 벨 마우스가 제3 벨 마우스와 다르다. 제1, 제2, 및 제3 스월러 유입 컵들은 각각 다른 직경들을 가질 수 있다.

Description

연소 시스템 내의 흐름 불균일성 교정 장치{DEVICE TO CORRECT FLOW NON-UNIFORMITY WITHIN A COMBUSTION SYSTEM}

본 발명은 가스 터빈의 연소기에 관한 것으로, 더 구체적으로는 스월러 유입 컵(swirler inlet cup) 내의 불균일한 공기 흐름을 방지하는 연소 시스템에 관한 것이다.

가스 터빈은 일반적으로 압축기와, 연소기, 그리고 터빈을 구비하는데, 압축기는 복수의 압축기 블레이드(compressor blade)들에 의해 생성된 압축 공기를 복수의 스월러 유입 컵을 통해 연소기의 연소실로 제공하고, 연소실 내의 압축 공기에 의해 생성된 고온 가스(hot gas)가 터빈에 제공된다.

복수의 스월러 유입 컵이 연소기의 다른 위치들에 배치되어 있더라도 복수의 스월러 유입 컵은 동일한 길이와 동일한 벨 마우스(bell mouth)를 가진다. 결과적으로, 압축 공기가 복수의 스월러 유입 컵을 통해 흐를 때, 공기 흐름이 분리되어 스월러 유입 컵 내에 에어 포켓(air pocket)이 형성된다. 즉 스월러 유입 컵 내의 공기 흐름이 균일하지 못하여 연소실에서 화염 유지 연소(flame-holding event)가 발생된다.

많은 실시예들에서, 본 발명에 따른 연소 시스템은 다른 길이들을 가지는 복수의 스월러 유입 컵을 구비하고, 일부 실시예들에서 유입 컵들은 다른 벨 마우스들을 가질 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 연소 시스템은 제1 길이를 가지는 제1 스월러 유입 컵과, 제2 길이를 가지는 제2 스월러 유입 컵을 포함할 수 있는데, 제1 스월러 유입 컵의 제1 길이는 제2 스월러 유입 컵의 제2 길이와 다르다.

본 발명의 다른 실시예에서, 연소 시스템은 주변(peripheral) 벨 마우스를 가지는 주변 스월러 유입 컵과, 중앙 벨 마우스를 가지는 중앙 스월러 유입 컵을 포함할 수 있는데, 주변 벨 마우스와 중앙 벨 마우스는 서로 다르고, 주변 스월러 유입 컵의 길이는 중앙 스월러 유입 컵의 길이와 다르다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 연소기는 연소실과, 연소실을 덮는 캡(cap)과, 캡을 통과하며 제1 길이와 제1 벨 마우스를 가지는 복수의 제1 스월러 유입 컵들과, 캡을 통과하며 제2 길이와 제2 벨 마우스를 가지는 복수의 제2 스월러 유입 컵들과, 그리고 캡을 통과하며 제3 길이와 제3 벨 마우스를 가지는 복수의 제3 스월러 유입 컵들을 포함할 수 있으며, 여기서 제1 길이가 제3 길이와 다르며, 제1 벨 마우스가 제3 벨 마우스와 다르다.

도 1은 가스 터빈의 단면도.
도 2는 가스 터빈의 연소기의 단면도.
도 3a는 본 발명의 한 실시예에 따른 연소기의 사시도.
도 3b는 본 발명의 한 실시예에 따른 연소기의 측면도.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 보이는 도표.

"상(on)" 또는 "위(over)"라는 용어가 이 명세서에서 층, 영역, 패턴, 또는 구조들을 지칭할 때 그 층, 영역, 패턴, 또는 구조들은 다른 층, 영역, 패턴, 또는 구조들 바로 위에 위치하거나 개재되는 층, 영역, 패턴, 또는 구조들도 존재할 수 있음을 이해해야 할 것이다. "하(under)" 또는 "밑(below)"라는 용어가 이 명세서에서 층, 영역, 패턴, 또는 구조들을 지칭할 때 그 층, 영역, 패턴, 또는 구조들은 다른 층, 영역, 패턴, 또는 구조들 바로 밑에 위치하거나 개재되는 층, 영역, 패턴, 또는 구조들도 존재할 수 있음을 이해해야 할 것이다. "포함하다(includes)" 및 "포함하는(including)"들은 각각 "구비하다(comprises)" 및 "구비하는(comprising)"과 동등하다.

또한 (예를 들어 제1 및 제2 부분 등과 같이) "제1(first)", "제2(second)" 등의 언급은 이 명세서에서 달리 구체적으로 기술되지 않는 한 하나 이상 존재할 수 있는 특정한 특징을 식별할 의도로 사용된 것이다. "제1"에 대한 이와 같은 언급은 반드시 둘 이상이 존재함을 암시하지 않는다. 이 언급들은 명시적으로 기술되지 않는 한 특정한 특징에 대한 시간상의 순서, 구조적 방향, 또는 (예를 들어 좌측 또는 우측 등의) 좌우 방향을 부여할 의도가 아니다. 또한 "제1" 및 "제2"라는 용어는 선택적으로 또는 호환적으로 부재들에 사용될 수 있다.

뿐만 아니라, "예시적(exemplary)"은 최선(best)이 아니라 단지 예(example)를 의미한다. 서로에 대해 특정한 크기 및/또는 방향들로 묘사 및 도시된 이 명세서의 특징, 층, 및/또는 부재들은 이해의 단순성과 용이성을 목적으로 한 것으로 실제의 크기 및/또는 방향들은 예시된 것과 현저히 다를 수 있음도 이해해야 할 것이다. 즉 각 부재의 크기는 도시의 명료성을 위해 과장되어 있고, 각 부재의 크기는 각 부재의 실제 크기와 다를 수 있다. 도면에 포함되어야 할 모든 부재들이 도시된 것은 아니며 이 명세서에 한정되어 있지만, 이 명세서에 필수적인 특징들을 제외한 부재들은 추가 또는 삭제될 수 있다.

본 발명의 실시예들의 도면과 설명들은 (어떤 경우들에는) 명확성을 목적으로 잘 알려진 다른 부재들이 생략되어 본 발명의 명확한 이해에 적절한 부재들로 간략화되어 있다. 당업계에 통상의 기술을 가진 자들이라면 본 발명의 구현을 위해 바람직하거나 및/또는 필요한 부재들을 인식할 수 있을 것이다. 그러나 이러한 부재들은 당업계에 잘 알려져 있고 이들이 본 발명을 더 잘 이해하는 데 도움을 주지도 않으므로 이러한 부재들에 대한 논의는 이 명세서에 제공되지 않는다.

첨부된 도면들에서 동일한 참조번호들이 전체적으로 동일 또는 유사한 구성요소들을 지시하는 데 사용된다. 도 1은 가스 터빈의 단면을 보이고, 도 2는 가스 터빈의 연소기의 단면을 보인다. 도 1 및 2에서, 가스 터빈(10)은 압축기 블레이드(110)를 가지는 압축기(100)와, 연소실(210)을 가지는 연소기(200)와, 그리고 터빈 블레이드(310)를 가지는 터빈(300)을 포함한다. 공기는 화살표 방향을 따라 압축기 블레이드(110)에 제공되어 압축기(100) 내에서 압축된 다음, 압축 공기는 케이스(case; 500)와 연소기(200)의 헤드 단부(head end; 550)의 내부로 제공된다. 압축 공기는 흐름 방향을 복수의 스월러 유입 컵(600) 둘레로 전환하여 복수의 스월러 유입 컵(600) 내로 흘러들어 간다. 스월러 유입 컵(600)을 통해 제공된 압축 공기는 복수의 노즐(nozzle; 700)을 통해 제공된 연료와 혼합 및 연소됨으로써 연소실(210) 내에 고온 가스를 생성한다. 연소실(210)에서 생성된 고온 가스는 터빈 블레이드(310)에 공급되어 터빈 블레이드(310)가 회전한다.

복수의 스월러 유입 컵(600)의 각각은 케이스(500)과 헤드 단부(550) 내부의 다른 위치들에 배치되어, 각 스월러 유입 컵(600) 내의 압축 공기는 다른 공기 흐름을 가진다. 그러나 복수의 스월러 유입 컵(600)들은 동일한 길이와 동일한 벨 마우스를 가짐으로써 공기 흐름의 불균일성(non-uniformity)이 발생한다. 특히, 압축 공기가 복수의 스월러 유입 컵(600)들을 통해 흐를 때, 공기 흐름이 분리되고 스월러 유입 컵(600)들 내에 에어 포켓이 형성됨으로써 공기-연료 혼합 품질을 저하시켜 연소실(210) 내에 화염 유지 연소를 유발한다.

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 연소기의 사시도이고 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 연소기의 측면도이다. 도 3a 및 3b에서, 연소기(200)는 연소실(210)을 덮는 캡(cap; 400)과, 캡(400)을 관통하는 복수의 제1 스월러 유입 컵(610)들과, 캡(400)을 관통하는 복수의 제2 스월러 유입 컵(630)들과, 캡(400)을 관통하는 복수의 제3 스월러 유입 컵(650)들과, 그리고 제1 내지 제3 스월러 유입 컵들을 둘러싸는 케이스(500)를 포함한다.

제1 스월러 유입 컵(610)들과 제2 스월러 유입 컵(630)들은 캡의 주변 영역(peripheral region)에 위치한다. 제1 스월러 유입 컵(610)들의 각각은 제1 튜브(tube)(625)와 제1 튜브(625)의 원격단(distal end) 상에 위치하는 제1 벨 마우스(bell mouth; 620)를 포함하는데, 제1 튜브(625)는 제1 직경(615)을 가지며 제1 스월러 유입 컵(610)의 제1 길이(617)는 캡(400)의 상면으로부터 제1 벨 마우스(620)까지 측정된다. 제2 스월러 유입 컵(630)들의 각각은 제2 튜브(645)와 제2 튜브(645)의 원격단 상에 위치하는 제2 벨 마우스(640)을 포함하는데, 제2 튜브(645)는 제2 직경(635)을 가지며 제2 스월러 유입 컵(630)의 제1 길이(637)는 캡(400)의 상면으로부터 제2 벨 마우스(640)까지 측정된다. 제1 직경(615)이 제2 직경(635)보다 더 클 때, 제1 스월러 유입 컵(610)은 저 선회도(low swirler number; LSN)의 스월러 유입 컵이며 제2 스월러 유입 컵(630)은 고 선회도(high swirler number; HSN)의 스월러 유입 컵이다. 이 실시예에서, 제1 스월러 유입 컵(610)의 제1 길이(617)는 제2 스월러 유입 컵(630)의 제2 길이(637)와 다르게 구성되어 제1 및 제2 스월러 유입 컵들 내의 공기 흐름의 균일도를 향상시킨다. 특정한 실시예에서, 제1 스월러 유입 컵(610)의 제1 길이(617)가 제2 스월러 유입 컵(630)의 제2 길이(637)보다 더 짧을 수 있다.

제3 스월러 유입 컵(650)은 캡(400)의 중앙 영역에 위치한다. 제3 스월러 유입 컵(650)은 제3 튜브(665)와 제3 벨 마우스(660)를 포함한다. 또한, 제3 스월러 유입 컵(650)은 제3 튜브(665)의 제3 직경(655)과 캡(400)으로부터 제3 벨 마우스(660)까지 측정한 제3 길이(657)를 가진다. 이 실시예에서, 공기 흐름의 균일도를 향상시키기 위해 제3 길이(657)는 제1 길이(617) 및 제2 길이(637)와 다르다. 특히 제3 길이(657)가 가장 길고, 제1 길이(617)가 가장 짧으며, 제2 길이(637)는 제3 길이(657)보다 짧고 제1 길이(617)보다 길다. 예를 들어, 제1 길이(617)는 108㎜, 제2 길이(637)는 148㎜, 제3 길이(657)는 173㎜이다. 그러나 대체적인 실시예들은 다른 치수를 가질 수 있어서 본 발명은 특정한 수치의 길이 또는 크기들에 한정되지 않는다. 또한, 제3 직경(655)은 제1 직경(615) 및 제2 직경(635)보다 작다. 즉 더 작은 직경을 가지는 스월러 유입 컵들이 더 큰 직경을 가지는 스월러 유입 컵들보다 더 길게 설계되었다.

도 3a 및 3b에서, 제1, 제2, 제3 스월러 유입 컵(610, 630, 650)들의 각각은 제1, 제2, 제3 벨 마우스(620, 640, 660) 등의 환상(toroidal) 부재를 가진다. 이 실시예에서, 제3 스월러 유입 컵(650)의 제3 벨 마우스(660)는 제1 스월러 유입 컵(610)의 벨 마우스(620)와 제2 스월러 유입 컵(630)의 벨 마우스(640)보다 더 작다. 특히 제3 벨 마우스(660)의 반경은 제1 벨 마우스(620)의 반경 또는 제2 벨 마우스(640)의 반경보다 더 작다. 예를 들어, 제1 벨 마우스(620)와 제2 벨 마우스(640)는 15㎜의 반경을 가지고 제3 벨 마우스(660)는 5㎜의 반경을 가진다, 제3 스월러 유입 컵(650)의 제3 직경(655)은 제1 스월러 유입 컵(610)의 제1 직경(615)과 제2 스월러 유입 컵(630)의 제2 직경(635)보다 더 작고, 따라서 더 작은 직경을 가지는 스월러 유입 컵들이 균일한 공기 흐름을 위해 더 작은 반경의 벨 마우스를 가진다.

이 실시예에서, 제1 스월러 유입 컵(610)과 제2 스월러 유입 컵(630)들은 캡(400)의 주변 영역에 교번하여(alternately) 배치되는데, 세 개의 제1 스월러 유입 컵(610)들과 세 개의 제2 스월러 유입 컵(630)들이 캡(400)의 중앙 영역에 위치하는 제3 스월러 유입 컵(650)을 둘러싸도록 배치된다. 제1 스월러 유입 컵(610)의 제1 길이(617)가 제2 스월러 유입 컵(630)의 제2 길이(637)보다 더 짧으므로, 캡(400)의 상부에서 볼 때 제1 스월러 유입 컵(610)의 제1 벨 마우스(620)가 제2 스월러 유입 컵(630)의 제2 벨 마우스(640)와 중첩(overlap)될 수 있다. 또한, 이 실시예에서 제1 스월러 유입 컵(610)의 제1 길이(617)가 제2 스월러 유입 컵(630)의 제2 길이(637) 및 제3 스월러 유입 컵(650)의 제3 길이(657)와 다르므로 제1 벨 마우스(620)가 제2 스월러 유입 컵(630)의 제2 튜브(645) 또는 제3 스월러 유입 컵(650)의 제3 튜브(665)에 접촉할 수 있다.

본 발명은 다음 예시적 실시예들을 비제한적으로 포함한다.

실시예 1. 제1 길이를 가지는 제1 스월러 유입 컵과; 제2 길이를 가지는 제2 스월러 유입 컵을 구비하고, 제1 스월러 유입 컵의 제1 길이가 제2 스월러 유입 컵의 제2 길이와 다른 연소 시스템.

실시예 2. 실시예 1에서,

연소실을 덮는 캡을 더 구비하고, 제1 및 제2 스월러 유입 컵들이 캡을 관통하는 연소 시스템.

실시예 3. 실시예 2에서,

제1 길이와 제2 길이가 캡의 상면으로부터 측정(determine)되는 연소 시스템.

실시예 4. 실시예 2-3 중의 어느 하나에서,

제1 스월러 유입 컵의 제1 직경이 제2 스월러 유입 컵의 제2 직경보다 더 큰 연소 시스템.

실시예 5. 실시예 4에서,

제1 길이가 제2 길이보다 더 짧은 연소 시스템.

실시예 6. 실시예 5에서,

제3 길이를 가지며 캡을 관통하는 제3 스월러 유입 컵을 더 구비하고, 제3 길이가 제1 길이와 제 2길이의 적어도 하나와 다른 연소 시스템.

실시예 7. 실시예 6에서,

제3 스월러 유입 컵의 제3 직경이 제2 스월러 유입 컵의 제2 직경보다 더 작고 제3 길이가 제2 길이보다 더 긴 연소 시스템.

실시예 8. 실시예 7에서,

제3 스월러 유입 컵이 캡의 중앙 영역에 위치하고, 제1 스월러 유입 컵과 제2 스월러 유입 컵이 캡의 주변 영역에 위치하는 연소 시스템.

실시예 9. 실시예 8에서,

제1 스월러 유입 컵의 벨 마우스의 제1 반경이 제3 스월러 유입 컵의 벨 마우스의 제3 반경과 다른 연소 시스템.

실시예 10. 주변 벨 마우스를 가지는 주변 스월러 유입 컵과;

중앙 벨 마우스를 가지는 중앙 스월러 유입 컵을 구비하고,

주변 벨 마우스와 중앙 벨 마우스가 서로 다르고, 그리고

주변 스월러 유입 컵의 길이가 중앙 스월러 유입 컵의 길이와 다른 연소 시스템.

실시예 11. 실시예 10에서,

주변 벨 마우스의 주변 반경이 중앙 벨 마우스의 중앙 반경보다 더 큰 연소 시스템.

실시예 12. 실시예 11에서,

연소실을 덮는 캡을 더 구비하고, 주변 및 중앙 스월러 유입 컵이 캡을 관통하는 연소 시스템.

실시예 13. 실시예 12에서,

주변 스월러 유입 컵이 높은 벨 마우스를 가지는 고 선회도(HSN)의 스월러 유입 컵과 낮은 벨 마우스를 가지는 저 선회도(LSN)의 스월러 유입 컵을 구비하고, 중앙 반경이 높은 벨 마우스의 높은 반경과 낮은 벨 마우스의 낮은 반경 중의 적어도 하나와 다른 연소 시스템.

실시예 14. 실시예 13에서,

낮은 반경이 중앙 반경보다 더 크고 높은 반경과 동일한 연소 시스템.

실시예 15. 압축기로부터 공기를 수납하여 고온 가스를 산출하는 연소실과;

연소실을 덮는 캡과;

캡을 관통하며 제1 길이와 제1 벨 마우스를 가지는 제1 스월러 유입 컵과;

캡을 관통하며 제2 길이와 제2 벨 마우스를 가지는 제2 스월러 유입 컵과;

캡을 관통하며 제3 길이와 제3 벨 마우스를 가지는 제3 스월러 유입 컵과; 그리고

연소실로부터 고온 가스를 수납하는 터빈을 구비하며,

제1 길이가 제3 길이와 다르고, 제1 벨 마우스가 제3 벨 마우스와 다른 가스 터빈.

실시예 16. 실시예 15에서,

제2 길이가 제1 길이와 제3 길이 중의 적어도 하나와 다른 가스 터빈.

실시예 17. 실시예 16에서,

제3 벨 마우스의 제3 반경이 제1 벨 마우스의 제1 반경보다 더 작은 가스 터빈.

실시예 18. 실시예 17에서,

제3 스월러 유입 컵이 캡의 중앙 영역에 위치하고, 복수의 제1 및 제2 스월러 유입 컵이 캡의 주변 영역에서 제3 스월러 유입 컵을 교번하여 둘러싸도록 위치하는 가스 터빈.

실시예 19. 실시예 17-18 중의 어느 하나에서,

제1, 제2, 제3 스월러 유입 컵들이 각각 다른 직경들을 가지는 가스 터빈.

실시예 20. 실시예 17-19 중의 어느 하나에서,

공기가 제1, 제2, 및 제3 스월러 유입 컵을 통해 연소실에 제공되는 가스 터빈.

실시예 21. 연소실과;

연소실을 덮는 캡과;

캡을 관통하는 복수의 스월러 유입 컵들과;

복수의 스월러 유입 컵들 내에 위치하는 복수의 노즐들과;

복수의 스월러 유입 컵들과 복수의 노즐들을 둘러싸는 케이스를 구비하고,

복수의 스월러 유입 컵들이 다른 길이들과 다른 벨 마우스들을 가지는 가스 터빈.

실시예 22. 실시예 21에서,

복수의 스월러 유입 컵들이 제1 길이를 가지는 제1 스월러 유입 컵과, 제2 길이를 가지는 제2 스월러 유입 컵과, 그리고 제3 길이를 가지는 제3 스월러 유입 컵을 구비하는 가스 터빈.

실시예 23. 실시예 22에서,

제2 길이가 제3 길이보다 더 짧고 제1 길이보다 더 긴 가스 터빈.

실시예 24. 실시예 23에서,

제3 스월러 유입 컵이 캡의 중앙 영역에 위치하는 가스 터빈.

실시예 25. 실시예 22-24 중의 어느 하나에서,

제1 스월러 유입 컵이 제1 벨 마우스를 가지고, 제2 스월러 유입 컵이 제2 벨 마우스를 가지며, 그리고 제3 스월러 유입 컵이 제3 벨 마우스를 가지는 가스 터빈.

실시예 26. 실시예 25에서,

제1 벨 마우스의 제1 반경이 제3 벨 마우스의 제3 반경보다 더 큰 가스 터빈.

실시예 27. 실시예 26에서,

제2 벨 마우스의 제2 반경이 제1 벨 마우스의 제1 반경과 동일한 가스 터빈.

실시예 28. 실시예 21-27 중의 어느 하나에서,

공기가 복수의 스월러 유입 컵을 통해 연소실에 제공되는 가스 터빈.

실시예 29. 실시예 21-28 중의 어느 하나에서,

연료가 복수의 노즐들을 통해 연소실에 제공되는 가스 터빈.

실시예 30. 주변 벨 마우스와 주변 직경을 가지는 주변 스월러 유입 컵과; 그리고

중앙 벨 마우스와 중앙 직경을 가지는 중앙 스월러 유입 컵을 구비하고,

주변 벨 마우스의 주변 반경이 중앙 벨 마우스의 중앙 반경과 다른 연소 시스템.

실시예 31. 실시예 30에서,

주변 스월러 유입 컵의 주변 직경이 중앙 스월러 유입 컵의 중앙 직경보다 더 큰 연소 시스템.

실시예 32. 실시예 30-31 중의 어느 하나에서,

실시예 33. 실시예 30-32 중의 어느 하나에서,

실시예 34. 실시예 30-33 중의 어느 하나에서,

실시예 35. 실시예 34에서,

실시예 36. 실시예 34-35 중의 어느 하나에서,

LSN 스월러 유입 컵의 낮은 직경이 HSN 스월러 유입 컵의 높은 직경보다 더 큰 연소 시스템.

실시예 37. 실시예 30-36 중의 어느 하나에서,

주변 및 중앙 스월러 유입 컵들에 삽입되는 복수의 노즐들을 더 구비하는 연소 시스템.

실시예 38. 실시예 37에서,

연료가 주변 및 중앙 스월러 유입 컵들을 통해 제공된 공기와 혼합되도록 연료가 복수의 노즐들을 통해 제공되는 연소 시스템.

예시적으로 제공된 다음 구현예를 보면 본 발명과 그 많은 이점들이 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 다음 구현예는 본 발명의 일부 방법, 응용, 실시예, 그리고 변형들의 예시이다. 물론 이는 본 발명을 한정하는 것으로 고려되어서는 안 된다. 본 발명에 대해 수많은 변경과 변형들이 이뤄질 수 있다.

구현예 1 다른 길이와 다른 벨 마우스를 가지는 스월러 유입 컵

연소기는: 연소실과; 연소실을 덮는 캡과; 캡을 관통하며 제1 길이와 제1 벨 마우스를 가지는 제1 스월러 유입 컵과; 캡을 관통하며 제2 길이와 제2 벨 마우스를 가지는 제2 스월러 유입 컵과; 그리고 캡을 관통하며 제3 길이와 제3 벨 마우스를 가지는 제3 스월러 유입 컵을 구비하며, 제1 길이가 제3 길이와 다르고, 제1 벨 마우스가 제3 벨 마우스와 다르다. 제1 벨 마우스의 제1 반경과 제2 벨 마우스의 제2 반경은 15㎜이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 보이며 본 발명의 실시예와 동일한 길이와 동일한 벨 마우스를 가지는 스월러 유입 컵을 포함하는 기존의 설계와 비교한다. 도 4에서, 동일한 길이와 동일한 벨 마우스를 가지는 기존의 스월러 유입 컵에는 에어 포켓(녹색 부분)이 형성된다. 그러나 본 발명의 HSN 스월러 유입 컵에는 에어 포켓이 형성되지 않으며 LSN 스월러 유입 컵은 아주 작은 에어 포켓(녹색 부분)을 가진다. HSN 스월러 유입 컵 내부의 공기 압력은 HSN 스월러 유입 컵 외부의 공기 압력에 대해 0.5%밖에 강하되지 않음으로써 HSN 스월러 유입 컵 내에 에어 포켓이 형성되는 것을 방지한다.

HSN 스월러 유입 컵 내부의 흐름 균일도는 0.855에서 0.958로 증가하고 LSN 스월러 유입 컵 내부의 흐름 균일도는 0.857에서 0.954로 증가하는데, 여기서 흐름 균일도는 평균 유속에 대한 국부적 유속의 비율로 정의된다. 도 4의 축방향 성분 단면(axial component profile)을 살피면, 기존 설계의 유속이 불균일한 반면, 본 발명의 유속은 이상적으로 균일하다.

이 명세서에 기재된 예들 및 실시예들은 단지 예시적 목적이고, 당업계에 통상의 기술을 가진 자라면 이를 감안하여 다양한 변형과 변경을 제안할 수 있을 것이며, 이들은 본원의 개념과 범위에 포함되어야 한다는 것을 이해해야 할 것이다. 이에 따라 본 발명은 이 명세서에 기재된 예들에 한정되는 것을 의도한 것이 아니며, 이 명세서에 개시된 원리와 신규한 특징들에 부합되는 최광의의 범위가 부여되어야 할 것이다.

Claims

제1 길이를 가지는 제1 스월러 유입 컵과; 제2 길이를 가지는 제2 스월러 유입 컵을 구비하고,
상기 제1 스월러 유입 컵의 상기 제1 길이가 상기 제2 스월러 유입 컵의 상기 제2 길이와 다른 연소 시스템.
청구항 1에서,
연소실을 덮는 캡을 더 구비하고, 상기 제1 및 제2 스월러 유입 컵들이 상기 캡을 관통하는 연소 시스템.
청구항 2에서,
상기 제1 길이와 상기 제2 길이가 상기 캡의 상면으로부터 측정되는 연소 시스템.
청구항 2에서,
상기 제1 스월러 유입 컵의 상기 제1 직경이 상기 제2 스월러 유입 컵의 상기 제2 직경보다 더 큰 연소 시스템.
청구항 4에서,
상기 제1 길이가 상기 제2 길이보다 더 짧은 연소 시스템.
청구항 5에서,
제3 길이를 가지며 캡을 관통하는 제3 스월러 유입 컵을 더 구비하고, 상기 제3 길이가 상기 제1 길이와 상기 제 2길이의 적어도 하나와 다른 연소 시스템.
청구항 6에서,
상기 제3 스월러 유입 컵의 상기 제3 직경이 상기 제2 스월러 유입 컵의 상기 제2 직경보다 더 작고 상기 제3 길이가 상기 제2 길이보다 더 긴 연소 시스템.
청구항 7에서,
상기 제3 스월러 유입 컵이 상기 캡의 중앙 영역에 위치하고, 상기 제1 스월러 유입 컵과 상기 제2 스월러 유입 컵이상기 캡의 주변 영역에 위치하는 연소 시스템.
청구항 8에서,
상기 제1 스월러 유입 컵의 벨 마우스의 제1 반경이 상기 제3 스월러 유입 컵의 벨 마우스의 제3 반경과 다른 연소 시스템.
주변 벨 마우스를 가지는 주변 스월러 유입 컵과; 그리고 중앙 벨 마우스를 가지는 중앙 스월러 유입 컵을 구비하고,
상기 주변 벨 마우스와 상기 중앙 벨 마우스가 서로 다르고, 그리고
상기 주변 스월러 유입 컵의 길이가 상기 중앙 스월러 유입 컵의 길이와 다른 연소 시스템.
청구항 10에서,
상기 주변 벨 마우스의 주변 반경이 상기 중앙 벨 마우스의 중앙 반경보다 더 큰 연소 시스템.
청구항 11에서,
연소실을 덮는 캡을 더 구비하고, 상기 주변 및 중앙 스월러 유입 컵이 상기 캡을 관통하는 연소 시스템.
청구항 12에서,
상기 주변 스월러 유입 컵이 높은 벨 마우스를 가지는 고 선회도(HSN)의 스월러 유입 컵과 낮은 벨 마우스를 가지는 저 선회도(LSN)의 스월러 유입 컵을 구비하고, 상기 중앙 반경이 상기 높은 벨 마우스의 높은 반경과 상기 낮은 벨 마우스의 낮은 반경 중의 적어도 하나와 다른 연소 시스템.
청구항 13에서,
상기 낮은 반경이 상기 중앙 반경보다 더 크고 상기 높은 반경과 동일한 연소 시스템.
압축기로부터 공기를 수납하여 고온 가스를 산출하는 연소실과;
상기 연소실을 덮는 캡과;
상기 캡을 관통하며 제1 길이와 제1 벨 마우스를 가지는 제1 스월러 유입 컵과;
상기 캡을 관통하며 제2 길이와 제2 벨 마우스를 가지는 제2 스월러 유입 컵과;
상기 캡을 관통하며 제3 길이와 제3 벨 마우스를 가지는 제3 스월러 유입 컵과; 그리고
상기 연소실로부터 고온 가스를 수납하는 터빈을 구비하며,
상기 제1 길이가 상기 제3 길이와 다르고, 상기 제1 벨 마우스가 상기 제3 벨 마우스와 다른 가스 터빈.
청구항 15에서,
상기 제2 길이가 상기 제1 길이와 상기 제3 길이 중의 적어도 하나와 다른 가스 터빈.
청구항 16에서,
상기 제3 벨 마우스의 상기 제3 반경이 상기 제1 벨 마우스의 상기 제1 반경보다 더 작은 가스 터빈.
청구항 17에서,
상기 제3 스월러 유입 컵이 상기 캡의 중앙 영역에 위치하고, 복수의 상기 제1 및 제2 스월러 유입 컵이 상기 캡의 주변 영역에서 상기 제3 스월러 유입 컵을 교번하여 둘러싸도록 위치하는 가스 터빈.
청구항 17에서,
상기 제1, 제2, 제3 스월러 유입 컵들이 각각 다른 직경들을 가지는 가스 터빈.
청구항 17에서,
공기가 상기 제1, 제2, 및 제3 스월러 유입 컵을 통해 상기 연소실에 제공되는 가스 터빈.
연소실과;
상기 연소실을 덮는 캡과;
상기 캡을 관통하는 복수의 스월러 유입 컵들과;
상기 복수의 스월러 유입 컵들 내에 위치하는 복수의 노즐들과;
상기 복수의 스월러 유입 컵들과 복수의 노즐들을 둘러싸는 케이스를 구비하고,
상기 복수의 스월러 유입 컵들이 다른 길이들과 다른 벨 마우스들을 가지는 가스 터빈.
청구항 21에서,
상기 복수의 스월러 유입 컵들이 제1 길이를 가지는 제1 스월러 유입 컵과, 제2 길이를 가지는 제2 스월러 유입 컵과, 그리고 제3 길이를 가지는 제3 스월러 유입 컵을 구비하는 가스 터빈.
청구항 22에서,
상기 제2 길이가 상기 제3 길이보다 더 짧고 상기 제1 길이보다는 더 긴 가스 터빈.
청구항 23에서,
상기 제3 스월러 유입 컵이 상기 캡의 중앙 영역에 위치하는 가스 터빈.
청구항 22에서,
상기 제1 스월러 유입 컵이 제1 벨 마우스를 가지고, 상기 제2 스월러 유입 컵이 제2 벨 마우스를 가지며, 그리고 상기 제3 스월러 유입 컵이 제3 벨 마우스를 가지는 가스 터빈.
청구항 25에서,
상기 제1 벨 마우스의 제1 반경이 상기 제3 벨 마우스의 제3 반경보다 더 큰 가스 터빈.
청구항 26에서,
상기 제2 벨 마우스의 제2 반경이 상기 제1 벨 마우스의 제1 반경과 동일한 가스 터빈.
청구항 21에서,
공기가 상기 복수의 스월러 유입 컵을 통해 상기 연소실에 제공되는 가스 터빈.
청구항 21에서,
연료가 상기 복수의 노즐들을 통해 상기 연소실에 제공되는 가스 터빈.
주변 벨 마우스와 주변 직경을 가지는 주변 스월러 유입 컵과; 그리고
중앙 벨 마우스와 중앙 직경을 가지는 중앙 스월러 유입 컵을 구비하고,
상기 주변 벨 마우스의 주변 반경이 상기 중앙 벨 마우스의 중앙 반경과 다른 연소 시스템.
청구항 30에서,
상기 주변 스월러 유입 컵의 주변 직경이 상기 중앙 스월러 유입 컵의 중앙 직경보다 더 큰 연소 시스템.
청구항 30에서,
상기 주변 벨 마우스의 주변 반경이 상기 중앙 벨 마우스의 중앙 반경보다 더 큰 연소 시스템.
청구항 30에서,
연소실을 덮는 캡을 더 구비하고, 상기 주변 및 중앙 스월러 유입 컵이 상기 캡을 관통하는 연소 시스템.
청구항 30에서,
상기 주변 스월러 유입 컵이 높은 벨 마우스를 가지는 고 선회도(HSN)의 스월러 유입 컵과 낮은 벨 마우스를 가지는 저 선회도(LSN)의 스월러 유입 컵을 구비하고, 상기 중앙 반경이 상기 높은 벨 마우스의 높은 반경과 상기 낮은 벨 마우스의 낮은 반경 중의 적어도 하나와 다른 연소 시스템.
청구항 34에서,
상기 낮은 반경이 상기 중앙 반경보다 더 크고 상기 높은 반경과 동일한 연소 시스템.
청구항 34에서,
상기 저 선회도(LSN) 스월러 유입 컵의 낮은 직경이 상기 고 선회도(HSN) 스월러 유입 컵의 높은 직경보다 더 큰 연소 시스템.
청구항 30 내지 36 중 어느 한 항에서,
상기 주변 및 중앙 스월러 유입 컵들에 삽입되는 복수의 노즐들을 더 구비하는 연소 시스템.
청구항 37에서,
연료가 상기 주변 및 중앙 스월러 유입 컵들을 통해 제공된 공기와 혼합되도록 상기 연료가 상기 복수의 노즐들을 통해 제공되는 연소 시스템.