KR20210104145A - 노즐을 갖는 스테이터 공기역학적 구성요소 및 터보기계의 세척 방법 - Google Patents

노즐을 갖는 스테이터 공기역학적 구성요소 및 터보기계의 세척 방법 Download PDF

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Abstract

터보기계(1000)의 작동 유체의 유동 경로(500) 내측에 배치되는 스테이터 공기역학적 구성요소(130, 250)가 개시되며; 구성요소(130, 250)는 액체를 유동 경로(500) 내로 방출하기 위한 하나 이상의 노즐(135, 255)을 갖고; 방출될 액체는 구성요소(130, 250) 내부의 덕트(134, 254)로부터 나오고, 구성요소(130, 250)의 외부에 있는 파이프(120, 220)와 유체 연통한다. 또한, 하나 이상의 스테이터 공기역학적 구성요소로부터 세척 액체를 방출함으로써 터보기계를 세척하기 위한 방법이 개시된다.

Description

노즐을 갖는 스테이터 공기역학적 구성요소 및 터보기계의 세척 방법
본 명세서에 개시된 주제는 노즐을 갖는 스테이터(stator) 공기역학적 구성요소 및 터보기계의 세척 방법에 관한 것이며, 또한 하나 이상의 그러한 구성요소를 포함하고/하거나 그러한 방법을 통해 세척되는 터보기계에 관한 것이다.
터보기계, 예를 들어 회전식 압축기 및 회전식 터빈은 기계의 동작 동안 유동 경로 내측으로 유동하는 작동 유체를 처리하도록 설계된 기계이다. 터빈은 작동 유체로부터 기계의 로터(rotor)로 에너지를 전달한다. 압축기는 기계의 로터로부터 작동 유체로 에너지를 전달한다. 유동 경로는 기계의 로터의 표면에 의해 부분적으로 그리고 기계의 스테이터의 표면에 의해 부분적으로 한정된다.
동작 동안, 터보기계, 특히 그의 유동 경로를 한정하는 표면은 더러워지며, 이는 "오일 앤드 가스(Oil & Gas)" 산업에서 사용되는 터보기계에 대해 특히 그러하다. 오물은 작동 유체의 조성물로부터 그리고/또는 작동 유체에 의해 운반되는 물질 또는 액적 또는 입자로부터 유래될 수 있다. 오물은 유동 경로를 한정하는 표면에 아주 견고하게 고착될 수 있으며; 더러워지는 전형적인 표면은 터보기계의 (회전) 블레이드 및 (고정) 베인의 에어포일 표면이다.
가스 터빈 압축기를 세척하기 위한 해결책은 "US2007/0028947 A1"로 공개된 미국 특허 출원으로부터 알려져 있다. 이러한 해결책에 따르면, 세척 조립체는 압축기의 스트럿(strut)의 상류에서 압축기의 벨마우스(bellmouth)에 위치되고, 물방울을 방출하는 다수의 노즐을 포함한다.
압축기의 스트럿의 상류에서 압축기의 벨마우스에 위치된 세척 조립체는, 벨마우스가 매우 크고 기계의 입구에서 쉽게 접근할 수 있기 때문에 설치하기 쉽다.
그러나, 압축기의 스트럿의 상류에서 압축기의 벨마우스에 위치된 세척 조립체는 단지 스트럿을 세척하는 데에만 완전히 효과적이다.
따라서, 터보기계의 (고정) 베인 및/또는 (회전) 블레이드, 바람직하게는 또한 터보기계의 입구로부터 멀리 있는 (고정) 베인 및/또는 (회전) 블레이드를 세척하는 데 효과적인 세척 시스템 및 방법을 갖는 것이 바람직할 것이다.
일 태양에 따르면, 본 명세서에 개시된 주제는 터보기계의 작동 유체의 유동 경로 내측에 배치되는 스테이터 공기역학적 구성요소에 관한 것이며, 구성요소는 파이프로부터 액체를 수용하도록 배열된 덕트, 및 상기 덕트에 유동가능하게 연결되고, 액체를 유동 경로 내로 방출하도록 배열되는 하나 이상의 노즐들을 포함하고; 구성요소는 제거가능한 부분을 추가로 포함하고, 하나 이상의 노즐들은 제거가능한 부분 내에 위치된다.
다른 태양에 따르면, 본 명세서에 개시된 주제는 터보기계의 작동 유체의 유동 경로 내측에 배치되는 스테이터 공기역학적 구성요소에 관한 것이며, 구성요소는 파이프로부터 액체를 수용하도록 배열된 덕트, 및 상기 덕트에 유동가능하게 연결되고, 액체를 유동 경로 내로 방출하도록 배열되는 하나 이상의 노즐들을 포함하고; 하나 이상의 노즐들은 스테이터 공기역학적 구성요소의 에어포일 표면들로부터 돌출되는 폴(pole)들에 내부적으로 위치된다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 스테이터 공기역학적 구성요소는, 예를 들어 물, 특히 탈염수, 및 가능하게는 세제인 세척 액체를 방출하는 데 사용될 수 있지만; 그것은 터보기계에서의 특정 응용에 유용한 다른 액체를 방출하는 데 사용될 수 있다.
다른 태양에 따르면, 본 명세서에 개시된 주제는 터보기계를 세척하는 방법에 관한 것이며; 본 방법은 터보기계의 작동 유체의 유동 경로 내측에 배치된 적어도 하나의 스테이터 공기역학적 구성요소로부터 세척 액체를 방출함으로써 터보기계의 블레이드 및/또는 베인을 세척하는 단계를 포함한다.
다른 태양에 따르면, 본 명세서에 개시된 주제는 적어도 하나의 스테이터 공기역학적 구성요소를 포함하는 터보기계에 관한 것이며, 스테이터 공기역학적 구성요소는 터보기계의 작동 유체의 유동 경로 내측에 배치되고; 구성요소는, 파이프로부터 액체를 수용하도록 배열된 덕트, 및 상기 덕트에 유동가능하게 연결되고 액체를 유동 경로 내로 방출하도록 배열된 하나 이상의 노즐을 포함한다.
첨부 도면과 관련하여 고려될 때 하기의 상세한 설명을 참조함으로써 더 잘 이해되므로, 본 발명의 개시된 실시예들 및 그의 수반되는 이점들 중 많은 것의 더 완전한 이해가 용이하게 얻어질 것이다.
도 1은 터보기계, 즉 압축기의 실시예의 부분 개략 종단면도를 도시한다.
도 2는 도 1의 터보기계의 스트럿의 제1 실시예의 개략 단면도를 도시한다.
도 3은 도 1의 터보기계의 스트럿의 제2 실시예의 개략 단면도를 도시한다.
도 4는 도 1의 터보기계의 스트럿의 제3 실시예의 개략 단면도를 도시한다.
도 5는 도 1의 터보기계의 스트럿의 실시예의 개략 정면도를 도시한다.
도 6은 도 1의 터보기계의 (고정) 베인의 제1 실시예 및 일 세트의 (회전) 블레이드의 일 실시예의 개략 단면도를 도시한다.
도 7은 도 1의 터보기계의 (고정) 베인의 제2 실시예 및 일 세트의 (회전) 블레이드의 일 실시예의 개략 단면도를 도시한다.
도 8은 도 1의 터보기계의 (고정) 베인의 제3 실시예 및 일 세트의 (회전) 블레이드의 일 실시예의 개략 단면도를 도시한다.
도 9는 도 1의 터보기계의 스트럿의 제4 실시예의 개략 단면도를 도시한다.
도 10은 도 1의 터보기계의 스트럿의 제5 실시예의 개략 단면도를 도시한다.
도 11은 세척 방법의 일 실시예의 흐름도를 도시한다.
오물이 묻은 표면을 세척하기 위해, 세척 액체, 예를 들어 물이 하나 이상의 노즐로부터 표면 상으로 분무될 수 있다. 세척은 노즐이 세척될 표면에 매우 가까이 있는 경우에 매우 효과적이다. 블레이드 상의 오물 침착물은 그 주위의 공기역학적 유동을 방해하여 전체 터빈 효율의 손실로 이어지고; 더욱이, 블레이드 상의 불균일한 오물 침착물은 진동을 야기할 수 있으며; 따라서 블레이드의 효과적인 세척이 유리하다.
터보기계에서, 스트럿 또는 (고정) 베인은 스트럿 또는 베인의 바로 하류에 있는 (회전) 블레이드의 어레이 부근에 위치된다. 로터의 회전 동안, 어레이의 블레이드와 스트럿 또는 베인 사이의 거리가 먼저 감소하고, 최소치에 도달하고, 이어서 증가한다. 더욱 정밀하도록, 로터의 회전 동안, 어레이의 블레이드의 선단 에지(leading edge) 영역과 스트럿 또는 베인의 후단 에지(trailing edge) 영역 사이의 거리가 먼저 감소하고, 최소치에 도달하고, 이어서 증가한다.
본 명세서에 개시된 바와 같이, 특별히 구성된 스테이터 공기역학적 구성요소, 예를 들어 적어도 하나의 노즐을 구비한 스트럿 또는 (고정) 베인은, 유리하게는, 스트럿 또는 베인의 하류에서, 바람직하게는 그의 바로 하류에서 (회전) 블레이드 및/또는 (고정) 베인을 세척하는, 적어도 하나의 노즐로부터의 세척 액체를 방출하는데 사용될 수 있다는 것을 알게 되었다. 세척 액체를 방출하기 위한 노즐은 유리하게는 스테이터 공기역학적 구성요소의 후단 에지 영역에 위치될 수 있다.
스트럿 또는 베인이 고정되어 있으므로, 세척 액체는, 예컨대 터보기계의 외부에 있을 수 있는 공급 시스템으로부터의 파이프를 통해 연속적인 방식으로 스트럿 또는 베인에 용이하게 공급될 수 있다.
신규한 스테이터 공기역학적 구성요소의 실시예들의 사용은 터보기계의 외부로부터 세척되는, 터보기계를 세척하기 위한 전통적인 접근법과 상반된다. 유리하게는, 신규한 스테이터 공기역학 구성요소 및 터보기계 "내부" 세척 방법의 실시예는, 임의의 (회전) 블레이드 및/또는 (고정) 베인이 터보기계의 입구 및 출구로부터 멀리 있는 경우에도 임의의 (회전) 블레이드 및/또는 (고정) 베인에 대해 사용될 수 있는데, 그 이유는 세척 시스템(예컨대, 적어도 하나의 세척 노즐을 구비한 적어도 스테이터 공기역학적 구성요소)이 터보기계의 정상 구성요소인 것으로 간주되는 것과 통합되고/되거나, 터보기계의 내측(또는 내부)으로부터 세척하기 위해 터보기계의 내부 치수/공간 체적 내에 끼워지기 때문이다.
이제 본 발명의 실시예를 상세하게 참조할 것이며, 그 하나 이상의 예가 도면에 도시되어 있다. 각각의 예는 본 발명을 설명하기 위해 제공되며, 본 발명을 제한하는 것이 아니다. 실제로, 본 발명의 범주 또는 사상으로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 본 발명에서 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 본 명세서 전체에 걸쳐 "일 실시예" 또는"실시예" 또는 "일부 실시예"에 대한 언급은, 실시예와 관련하여 기술된 특정 특징부, 구조물 또는 특성이 개시된 주제의 적어도 하나의 실시예에 포함되는 것을 의미한다. 따라서, 명세서 전체에 걸쳐 다양한 곳에서 어구 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서" 또는 "일부 실시예에서"의 출현은 반드시 동일한 실시예(들)를 언급하는 것은 아니다. 또한, 특정 특징부, 구조물 또는 특성은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
다양한 실시예의 요소를 도입할 때, 관사("a", "an", "the") 및 "상기"는 요소들 중 하나 이상이 존재함을 의미하는 것으로 의도된다. 용어 "포함하는(comprising, including)", 및 "갖는"은 포괄적인 것으로 의도되며, 열거된 요소들 이외의 추가적인 요소들이 있을 수 있음을 의미한다.
이제 도면을 참조하면, 도 1은 터보기계, 즉 압축기(1000)의 실시예의 부분 개략 종단면도를 도시한다.
압축기(1000)는 벨마우스 섹션(100) 및 압축 섹션(200)으로 분할된다. 섹션(100)은 압축기의 스테이터의 일부인 벨마우스 섹션 케이싱(110) 내에 봉입된다. 섹션(200)은 압축기의 스테이터의 일부인 압축 섹션 케이싱(210) 내에 봉입된다. 케이싱들(110, 210)은 함께 결합되고, 단일 피스 내에 또는 서로 고정된 다수의 피스 내에 있을 수 있다. 유동 경로(500)가 압축기(1000) 내측으로 이어진다. 압축기(1000)의 회전축은 XX로 표시된다.
벨마우스 섹션(100)은 압축기의 스테이터의 일부인 스트럿(130)의 어레이를 포함한다.
압축 섹션(200)은 스테이터 베인 및 로터 블레이드를 포함한다. 특히, 입구로부터 출구로, 즉 (도 1의 좌측에 있는) 압축기의 저압 측으로부터 (도 1의 우측에 있는) 압축기의 고압 측으로 이동하면서, 제1 베인 어레이(230), (압축기의 제1 압축 스테이지에 속하는) 제1 블레이드 어레이(240), 제2 베인 어레이(250), (압축기의 제2 압축 스테이지에 속하는) 제2 블레이드 어레이(260)가 있다. 베인(230, 250)은 스테이터의 부분이고, 블레이드(240, 260)는 로터의 부분이다.
유동 경로(500)는 스트럿(130), 베인(230, 250), 블레이드(240, 260)의 에어포일 표면들에 의해 부분적으로 한정되며; 다시 말하면, 이들 공기역학적 구성요소는 터보기계(1000)의 작동 유체의 유동 경로(500) 내측에 배치된다.
도 1의 실시예에 따르면, 압축기(1000)는 2개의 세척 조립체를 포함하는데, 하나는 벨마우스 섹션(100) 내에 있고 하나는 압축 섹션(200) 내에 있다. 이러한 실시예의 변형에 따르면, 단지 하나의 세척 조립체(예를 들어, 단지 벨마우스 섹션(100) 내의 하나의 조립체 또는 단지 압축 섹션(200) 내의 하나의 조립체), 또는 3개의 세척 조립체(즉, 벨마우스 섹션(100) 내의 하나의 조립체 및 압축 섹션(200) 내의 2개의 조립체, 즉 압축기의 각각의 압축 스테이지에 대해 하나씩), 또는 심지어 더 많은 세척 조립체들이 있을 수 있다는 것을 유의해야 한다.
도 1의 제1 세척 조립체는 덕트(134), 및 예컨대 3개의 채널(136)을 통해 덕트(134)에 유동가능하게 연결된 예컨대 3개의 노즐(135)을 포함한다. 덕트(134)는 파이프(120)로부터 세척 액체를 수용하며; 특히, 덕트(134)는 완전히 스트럿(130) 내부에 있고, 파이프(120)는 압축기(1000)의 외측으로부터 나와, 케이싱(110)을 통과하여 덕트(134)에 도달한다. 노즐은 세척 액체를 유동 경로(500) 내로 방출한다. 이러한 실시예의 변형에 따르면, 노즐의 개수는 변할 수 있지만 하나보다 많다는 것에 유의하여야 한다.
예컨대 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 압축기(1000)는 다수의 스트럿(130), 특히 6개의 스트럿을 갖는다. 도 1의 실시예에서, 스트럿들 중 적어도 하나는 덕트 및 하나 이상의 노즐을 갖지만, 바람직하게는, 이는 (도 5에 도시된 바와 같이) 하나 또는 둘 또는 셋 이상 또는 모든 스트럿에서 복제된다.
노즐(135)로부터 방출된 세척 액체는 터보기계(1000)의 스트럿(130)의 바로 하류에 있는 터보기계(1000)의 베인(230)을 세척하는 데 매우 효과적이다. 노즐(135)로부터 방출된 세척 액체는 이어서 터보기계(1000)의 베인(230)의 바로 하류에 있는 터보기계(1000)의 베인(240)을 세척하는 데 여전히 효과적이다.
도 1의 제2 세척 조립체는 덕트(254), 및 예컨대 2개의 채널(256)을 통해 덕트(254)에 유동가능하게 연결된 예컨대 2개의 노즐(255)을 포함한다. 덕트(254)는 파이프(220)로부터 세척 액체를 수용하며; 특히, 덕트(254)는 완전히 베인(250) 내부에 있고, 파이프(220)는 압축기(1000)의 외측으로부터 나와, 케이싱(210)을 통과하여 덕트(254)에 도달한다. 노즐은 세척 액체를 유동 경로(500) 내로 방출한다. 이러한 실시예의 변형에 따르면, 노즐의 개수는 변할 수 있지만 하나보다 많다는 것에 유의하여야 한다.
인식될 수 있는 바와 같이, 압축기(1000)는 다수의 베인(250)을 갖는다. 도 1의 실시예에서, 베인(250)들 중 적어도 하나는 덕트 및 하나 이상의 노즐을 갖지만, 바람직하게는, 이는 하나 이상 또는 모든 베인에서 복제된다.
노즐(255)로부터 방출된 세척 액체는 터보기계(1000)의 베인(250)의 바로 하류에 있는 터보기계(1000)의 블레이드(260)를 세척하는 데 매우 효과적이다.
상기로부터, 세척 조립체를 포함하는 스테이터 공기역학적 구성요소가 벨마우스 스트럿(예를 들어, 스트럿(130)) 또는 입구 가이드 베인(예를 들어, 베인(230)) 또는 중간 가이드 베인(예를 들어, 베인(250))일 수 있다는 것이 명백하다.
도 2, 도 3 및 도 4를 참조하면, 스테이터 공기역학적 구성요소, 예를 들어 스트럿(130)은 선단 에지 영역(131), 후단 에지 영역(132) 및 중간 영역(133)으로 분할될 수 있다. 이들 실시예에 따르면, 구성요소의 노즐들(135-2, 135-3, 135-4)은 세척 액체를 효과적으로 방출하기에 유리한 위치에 있도록 후단 에지 영역(132) 내에 위치되지만; 노즐들(135-2, 135-3, 135-4)은 후술되는 바와 같이 상이하게 배열된다. 이들 실시예에 따르면, 구성요소의 덕트(134)는 큰 스트럿조차도 수용하기 위한 큰 공간이 존재하는 선단 에지 영역(131) 내에 위치되며; 이들 3개의 도면에서의 덕트(134)의 위치는 동일하지만 다른 실시예에 따라 상이할 수 있다는 것에 유의하여야 한다.
도 2를 참조하면, 유동 경로(500)의 유동 방향(FD)에 대응하는 방출 방향(ED-2)으로 세척 액체를 방출하도록 배열된 (채널(136-2)로부터 세척 액체를 수용하는) 적어도 하나의 노즐(135-2)이 있으며; 각도에 관하여, +/-5°의 허용오차를 고려할 수 있다. 이 경우에, 노즐은 후단 에지 영역(132)의 팁 상에 있다.
도 3을 참조하면, 유동 경로(500)의 유동 방향(FD)에 대해 경사진 방출 방향(ED-3)으로 세척 액체를 방출하도록 배열된 (채널(136-3)로부터 세척 액체를 수용하는) 적어도 하나의 노즐(135-3)이 있으며; 경사는 -5°와 -90° 사이에 있고, 각도에 관하여, +/-5°의 허용오차를 고려할 수 있다. 이 경우에, 노즐은 후단 에지 영역(132)의 제1 측방향 표면 상에 있다.
도 4를 참조하면, 유동 경로(500)의 유동 방향(FD)에 대해 경사진 방출 방향(ED-4)으로 세척 액체를 방출하도록 배열된 (채널(136-4)로부터 세척 액체를 수용하는) 적어도 하나의 노즐(135-4)이 있으며; 경사는 +5°와 +90° 사이에 있고, 각도에 관하여, +/-5°의 허용오차를 고려할 수 있다. 이 경우에, 노즐은 후단 에지 영역(132)의 제2 측방향 표면 상에 있다.
노즐이 상이한 방향으로 액체를 방출하도록 설계될 수 있으며, 즉 그의 방출이 넓은 원추처럼 보이고; 대안적으로, 구성요소로부터의 원추 형상의 방출이 구성요소에 장착된 한 세트의 노즐로부터의 방출의 조합으로부터 도출될 수 있음에 유의하여야 한다.
또한, 동일한 구성요소의 노즐들이 상이한 방향들로 액체를 방출하도록 배열될 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 예를 들어, 도 1을 참조하면, 스트럿(130)의 상부 (제1 반경방향 위치) 노즐은 제1 방향으로 방출할 수 있고, 스트럿(130)의 중간 노즐(제2 반경방향 위치)은 제2 방향으로 방출할 수 있고, 스트럿(130)의 하부 노즐(제3 반경방향 위치)은 제3 방향으로 방출할 수 있다.
도 2, 도 3 및 도 4를 참조하면, 구성요소는 제거가능한 부분(137-2, 137-3, 137-4)을 갖고, 노즐(135-2, 135-3, 135-4)은 제거가능한 부분(137-2, 137-3, 137-4) 내에 위치된다. 대체적으로, 이들 도면과는 상이한 실시예들에서, 세척 조립체의 노즐 및/또는 세척 조립체의 덕트는 제거가능한 부분 내에 위치될 수 있다. 제거가능한 부분은 압축기(1000)의 수리를 용이하게 하기 위해 유용할 수 있다. 제거가능한 부분은, 예컨대 고객의 요건에 대해 압축기(1000)를 맞춤화하는 것을 용이하게 하기 위해 유용할 수 있으며; 실제로, 예를 들어, 이들 도면에서의 스트럿(130)의 몸체는 동일하게 유지되고, 요청 또는 요건에 기초하여, 부분(137-2) 또는 부분(137-3) 또는 부분(137-4)을 몸체에 용이하게 장착하는 것이 가능하다.
도 5는 도 1의 압축기(1000)의 스트럿(130)에서의 다수의 노즐들의 가능한 위치설정을 도시한다. 스트럿의 후단 에지 영역의 팁 상에 위치된 노즐이 있다. 또한, 벨마우스 섹션(100)에서 유동 경로(500)를 한정하는 내부 벽 상에 위치된 노즐(137)이 있다. 또한, 벨마우스 섹션(100)에서 유동 경로(500)를 한정하는 외부 벽 상에 위치된 노즐(138)이 있다. 이들 3개의 위치설정은 도 5에 도시된 특정 조합과는 독립적으로 임의의 가능한 방식으로 조합될 수 있다.
이것이 어떠한 도면에도 도시되지 않더라도, 노즐들은 벨마우스와 상이한 위치들에서 유동 경로(500)를 한정하는 내부 벽 및/또는 외부 벽 상에 위치될 수 있음에 유의하여야 한다. 이러한 경우에, 이들은 압축기(1000)의 제1 스테이지(예를 들어, 블레이드(240))와 압축기(1000)의 최종 스테이지(예를 들어, 블레이드(260)) 사이에, 예를 들어 베인(예를 들어, 베인(250))에 가까이 위치될 수 있다.
도 6, 도 7 및 도 8을 참조하면, 고정 베인(250)(즉, 250-6, 250-7 및 250-8)의 3개의 실시예가 도시되어 있으며, 압축기(1000)의 압축 스테이지의 회전 블레이드(260)에 미치는 그들의 영향 - 화살표 R은 블레이드(260)의 회전 방향을 나타낸다. 도 6의 실시예에서, 노즐(135-6)은 후단 에지의 팁 상에 위치되고, 세척 액체를 유동 경로(500)의 유동 방향(FD)에 대응하는 방출 방향(ED-6)으로 방출한다. 도 7의 실시예에서, 노즐(135-7)은 후단 에지의 팁 상에 위치되고, 세척 액체를 유동 경로(500)의 유동 방향(FD)에 대해 대략 예컨대 -15°의 각도(A-7)로 경사진 방출 방향(ED-7)으로 방출한다. 도 8의 실시예에서, 노즐(135-8)은 후단 에지의 팁 상에 위치되고, 세척 액체를 유동 경로(500)의 유동 방향(FD)에 대해 대략 예컨대 +15°의 각도(A-8)로 경사진 방출 방향(ED-8)으로 방출한다.
노즐(135-6, 135-7, 135-8)은 블레이드(260)에 도달하도록 세척 액체를 방출하며; 특히, 하나의 노즐로부터의 방출은 한 번에 단지 하나의 블레이드(또는 한 번에 제한된 개수의 베인, 예를 들어 2개 또는 3개 또는 4개)에만 도달한다. 이들 실시예에 따르면, 노즐(135-6, 135-7, 135-8)은 세척 액체를 방출하여 블레이드(260)의 압력 측 및 흡입 측 둘 모두에 도달하도록 하며; 도 6에서, V로부터 흡입 측의 P1-6까지의 부분에 세척 액체가 도달되고 V로부터 압력 측의 P2-6까지의 부분에 세척 액체가 도달되고; 도 7에서, V로부터 흡입 측의 P1-7(즉, 모두)까지의 부분에 세척 액체가 도달되고 V로부터 압력 측의 P2-7까지의 (작은) 부분에 세척 액체가 도달되고; 도 8에서, V로부터 흡입 측의 P1-8까지의 (작은) 부분에 세척 액체가 도달되고 V로부터 압력 측의 P2-8(모두)까지의 부분에 세척 액체가 도달된다. 대체적으로, 압력 측에 도달하는 세척 액체의 양은 흡입 측에 도달하는 세척 액체의 양과 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 명세서에 개시된 세척 방법은, 터보기계의 작동 유체의 유동 경로 내측에 배치된 적어도 하나의 스테이터 공기역학적 구성요소로부터 세척 액체를 방출함으로써 터보기계의 블레이드 및/또는 베인이 세척되는 것을 제공하며; 특히, 세척 액체는 적어도 하나의 스테이터 공기역학적 구성요소의 하나 이상의 노즐로부터 방출된다. 블레이드는 터보기계의 제1 스테이지의 블레이드 및/또는 블레이드의 중간 스테이지의 블레이드 및/또는 터보기계의 최종 스테이지의 블레이드일 수 있다. 베인은 터보기계의 제1 베인들 어레이(vanes array)의 베인 및/또는 터보기계의 중간 베인들 어레이의 베인 및/또는 터보기계의 최종 베인들 어레이의 베인일 수 있다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 스테이터 공기역학적 구성요소는, 예를 들어 물, 특히 탈염수, 및 가능하게는 세제인 세척 액체를 방출하는 데 사용될 수 있다. 세척 액체의 조성물은 세척이 수행되는 시간(예를 들어, 동작 모드인지 또는 비-동작 모드인지) 및/또는 장소에 좌우될 수 있다. 그러나, 본 명세서에 개시된 바와 같은 스테이터 공기역학적 구성요소는 터보기계에서의 특정 응용에 유용한 다른 액체를 방출하는 데 사용될 수 있다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 세척 방법은 온라인 및/또는 오프라인으로 수행될 수 있다. 다시 말하면, 스테이터 공기역학적 구성요소의 노즐은, 터보기계가 동작하고 있을 때, 터보기계가 동작하지 않을 때(그러나 회전하고 있을 때), 그리고 동작 모드와 비-동작 모드 둘 모두에서 활성화될 수 있다.
세척 액체는 예를 들어 연속 방식으로 또는 박동(pulsating) 방식으로 방출될 수 있다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 세척 동안, 블레이드 및/또는 베인이 세척될 때 적어도 하나의 파라미터가 설정 또는 제어될 수 있다. 그러한 파라미터는, 예를 들어 세척 액체의 온도, 세척 액체의 압력, 세척 액체의 조성물, 세척 액체의 방출 속도, 세척 액체의 방출 방향일 수 있다.
도 9 및 도 10은 도 1의 터보기계의 스테이터 공기역학적 구성요소, 특히 스트럿의 실시예를 도시하며, 여기서 노즐과 덕트 사이의 유체 연결은 극단적인 경우에 따른다.
도 9에서, 덕트(134-9)는 방향(ED-9)으로 세척 액체를 방출하는 노즐(135-9)에 직접 유동가능하게 연결되고; 바꾸어 말하면, 연결 채널은 0과 동일한 길이를 가지며(즉, 연결 채널 없음); 덕트는 스테이터 공기역학적 구성요소와 대략 동일한 단면적을 갖는다.
도 10에서, 덕트(134)는, 특히 분기되는(제1 분기가 제1 노즐(135-10)로 진행되고 제2 분기가 제2 노즐(135-10)로 진행됨) 긴 채널(136-10)을 통해 방향(ED-10)으로 세척 액체를 방출하는 적어도 2개의 노즐(135-10)에 유동가능하게 연결되고; 노즐(135-10)들은 폴(139)들 상에 각각 위치되고, 폴(139)들은 스테이터 공기역학적 구성요소의 에어포일 표면으로부터 돌출될 수 있고(제1 분기는 제1 폴의 내부에 있고 제2 분기는 제2 폴의 내부에 있음) 그리고 (예컨대, 도 10에서와 같이) 예를 들어 구성요소의 단면보다 작은 공기역학적 단면을 가질 수 있다. 폴(139)들은 이동가능할 수 있어(예를 들어, 그것은 회전 및/또는 병진할 수 있음), 이들이 액체를 방출하는 데 사용되지 않을 때 스테이터 공기역학적 구성요소에 대해 내부적으로 위치될 수 있게 한다. 그러한 이동은, 유리하게는, 방출될 액체의 압력에 의해 야기될 수 있는데; 예를 들어, 압력이 증가할 때, 폴이 압력의 영향에 의해 구성요소 밖으로 이동하며, 액체가 방출되고, 그리고 압력이 감소할 때, 폴이 압력의 영향에 의해, 구성요소 내로 다시 이동하며, 액체가 더 이상 방출되지 않는다.
도 11은 세척 방법의 일 실시예의 흐름도(1100)를 도시한다. 이러한 세척 방법은 하기의 단계들을 포함한다: - 단계(1102): 터보기계의 작동 유체의 유동 경로 내측에 배치된 적어도 하나의 스테이터 공기역학적 구성요소로부터 세척 액체를 방출함으로써 터보기계의 블레이드 및/또는 베인을 세척하는 단계, 및
- 단계(1104): 블레이드 및/또는 베인이 세척될 때 적어도 하나의 파라미터를 설정 또는 제어하는 단계.
적어도 하나의 파라미터는 세척 액체의 온도, 세척 액체의 압력, 세척 액체의 조성물, 세척 액체의 방출 속도, 세척 액체의 방출 방향을 포함하는 그룹으로부터 선택된다. 이들 2개의 단계는 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있고/있거나 1 회 이상 반복될 수 있지만, 도 11에서는 단지 하나의 단계(1102) 및 단지 하나의 단계(1104)가 있으며, 단계(1102)는 단계(1104)에 선행한다는 것에 유의하여야 한다.
방금 설명되고 도시된 실시예에 따르면, 스테이터 공기역학적 구성요소는 이미 기존의 터보기계의 일부인 구성요소임에 유의해야 한다. 그러나, 다른 실시예에 따르면, 터보기계는 세척 목적을 위해 그의 유동 경로 내측에 특별히 설계되고 장착되는 스테이터 공기역학적 구성요소를 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 하나 이상의 구성요소의 (종방향 및/또는 횡방향) 크기는 작을 수 있고/있거나 하나 이상의 구성요소의 형상은 예컨대 낮은 압력 강하를 제공하기 위한 것일 수 있고/있거나 하나 이상의 구성요소의 위치 및/또는 배향은 예컨대 양호한 세척을 제공하기 위한 것일 수 있다.

Claims (25)

  1. 터보기계(1000)의 작동 유체의 유동 경로(500) 내측에 배치될 스테이터(stator) 공기역학적 구성요소(130, 230, 250)로서, 상기 구성요소(130, 250)는,
    - 파이프(120, 220)로부터 액체를 수용하도록 배열된 덕트(134, 254), 및
    - 상기 덕트(134, 254)에 유동가능하게 연결되고(136, 256), 액체를 상기 유동 경로(500) 내로 방출하도록 배열되는 하나 이상의 노즐들(135, 255)을 포함하고;
    상기 구성요소(130)는 제거가능한 부분(137-2, 137-3, 137-4)을 추가로 포함하고,
    상기 하나 이상의 노즐들(135-2, 135-3, 135-4)은 상기 제거가능한 부분(137-2, 137-3, 137-4) 내에 위치되는, 스테이터 공기역학적 구성요소(130, 230, 250).
  2. 제1항에 있어서, 상기 구성요소(130)는 선단 에지(leading edge) 영역(131) 및 후단 에지(trailing edge) 영역(132)을 갖고, 상기 하나 이상의 노즐들(135-2, 135-3, 135-4)은 상기 후단 에지 영역(132) 내에 위치되는, 스테이터 공기역학적 구성요소(130, 230, 250).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 구성요소(130)는 선단 에지 영역(131) 및 후단 에지 영역(132)을 갖고, 상기 덕트(134)는 상기 선단 에지 영역(131) 내에 위치되는, 스테이터 공기역학적 구성요소(130, 230, 250).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐들 중 적어도 하나의 노즐(135-2)은 상기 유동 경로(500)의 유동 방향(FD)에 대응하는 방출 방향(ED-2)으로 액체를 방출하도록 배열되는, 스테이터 공기역학적 구성요소(130, 230, 250).
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐들 중 적어도 하나의 노즐(135-3, 135-4)은 상기 유동 경로(500)의 유동 방향(FD)에 대해 경사진 방출 방향(ED-3, ED-4)으로 액체를 방출하도록 배열되는, 스테이터 공기역학적 구성요소(130, 230, 250).
  6. 제5항에 있어서, 상기 방출 방향(ED-4)은 +5° 내지 +90°의 각도로 경사지거나, 상기 방출 방향(ED-5)은 -5° 내지 -90°의 각도로 경사지는, 스테이터 공기역학적 구성요소(130, 230, 250).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐들은 상이한 방향들로 액체를 방출하도록 배열되는, 스테이터 공기역학적 구성요소(130, 230, 250).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 노즐들(135-6, 135-7, 135-8)은 액체를 방출하여 터보기계(1000)의 하나 이상의 블레이드들(260) 및/또는 하나 이상의 베인들에 도달하도록 배열되는, 스테이터 공기역학적 구성요소(130, 230, 250).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 노즐들(135-6, 135-7, 135-8)은 액체를 방출하여 터보기계(1000)의 하나 이상의 블레이드들(260) 및/또는 하나 이상의 베인들의 흡입 측(V-P1-6, V-P1-7, V-P1-8) 및 압력 측(V-P2-6, V-P2-7, V-P2-8)에 도달하도록 배열되며, 여기서 상기 압력 측에 도달하는 액체의 양은 상기 흡입 측에 도달하는 액체의 양과 동일하거나 상이한, 스테이터 공기역학적 구성요소(130, 230, 250).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 덕트는 상기 제거가능한 부분(137-2, 137-3, 137-4) 내에 위치되는, 스테이터 공기역학적 구성요소(130, 230, 250).
  11. 터보기계(1000)를 세척하기 위한 방법으로서,
    - 상기 터보기계(1000)의 작동 유체의 유동 경로(500) 내측에 배치된 적어도 하나의 스테이터 공기역학적 구성요소(130, 230, 250)로부터 세척 액체를 방출함으로써 상기 터보기계(1000)의 블레이드들(240, 260) 및/또는 베인들(230, 250)을 세척하는 단계(1102)를 포함하는, 세척 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 세척 액체는 물, 및 가능하게는 세제인, 세척 방법.
  13. 제10항 또는 제11항에 있어서, 온라인 및/또는 오프라인으로 수행되도록 배열되는, 세척 방법.
  14. 제11항 또는 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 블레이드들(240, 260)은 상기 터보기계(1000)의 제1 스테이지의 블레이드들(240) 및/또는 상기 터보기계(1000)의 중간 스테이지의 블레이드들(240) 및/또는 상기 터보기계(1000)의 최종 스테이지의 블레이드들(260)이고, 상기 베인들(230, 250)은 상기 터보기계(1000)의 제1 베인들 어레이(vanes array)의 베인들(230) 및/또는 상기 터보기계(1000)의 중간 베인들 어레이의 베인들(250) 및/또는 상기 터보기계(1000)의 최종 베인들 어레이의 베인들인, 세척 방법.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 블레이드들(240, 260) 및/또는 상기 베인들(230, 250)이 세척될 때 적어도 하나의 파라미터를 설정 또는 제어하는 단계(1104)를 추가로 포함하고;
    상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 세척 액체의 온도, 상기 세척 액체의 압력, 상기 세척 액체의 조성물, 상기 세척 액체의 방출 속도, 상기 세척 액체의 방출 방향을 포함하는 그룹으로부터 선택되는, 세척 방법.
  16. 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세척 액체는 박동(pulsating) 방식으로 방출되는, 세척 방법.
  17. 터보기계(1000)의 작동 유체의 유동 경로(500) 내측에 배치될 스테이터 공기역학적 구성요소로서, 상기 구성요소(130, 250)는,
    - 파이프(120, 220)로부터 액체를 수용하도록 배열된 덕트(134, 254), 및
    - 상기 덕트(134, 254)에 유동가능하게 연결되고(136, 256), 액체를 상기 유동 경로(500) 내로 방출하도록 배열되는 하나 이상의 노즐들(135, 255)을 포함하고;
    상기 하나 이상의 노즐들(135-10)은 상기 스테이터 공기역학적 구성요소의 에어포일 표면들로부터 돌출되는 폴(pole)(139)들에 내부적으로 위치되는, 스테이터 공기역학적 구성요소.
  18. 제17항에 있어서, 적어도 하나의 제1 노즐(135-10)은 상기 스테이터 공기역학적 구성요소의 제1 에어포일 표면들로부터 돌출되는 제1 폴(139)에 내부적으로 위치되고, 적어도 하나의 제2 노즐(135-10)은 상기 스테이터 공기역학적 구성요소의 제2 에어포일 표면들로부터 돌출되는 제2 폴(139)에 내부적으로 위치되고, 상기 적어도 하나의 제1 노즐 및 상기 적어도 하나의 제2 노즐은 상기 덕트(134)에 유동가능하게 연결되는, 스테이터 공기역학적 구성요소.
  19. 제17항에 있어서, 상기 폴(139)들은 바람직하게는 상기 구성요소(130)의 단면보다 작은 공기역학적 단면을 갖는, 스테이터 공기역학적 구성요소.
  20. 제17항에 있어서, 상기 폴(139)들은, 이들이 상기 액체를 방출하는 데 사용되지 않을 때 상기 스테이터 공기역학적 구성요소에 내부적으로 위치될 수 있도록 이동가능한, 스테이터 공기역학적 구성요소.
  21. 제20항에 있어서, 상기 폴(139)들은 상기 액체의 압력의 영향에 의해 이동가능한, 스테이터 공기역학적 구성요소.
  22. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항 또는 제17항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 구성요소(130)를 포함하는 터보기계(1000).
  23. 제22항에 있어서, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항 또는 제17항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 복수의 구성요소(130)들을 포함하는, 터보기계(1000).
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서, 적어도 하나의 노즐(137, 138)을 추가로 포함하고, 상기 노즐은 액체를 작동 유체의 유동 경로(500) 내로 방출하도록 배열되고 상기 터보기계(1000)의 벨마우스(bellmouth)(100)에서 상기 유동 경로(500)를 한정하는 벽 상에 위치되는, 터보기계(1000).
  25. 제22항 또는 제23항 또는 제24항에 있어서, 적어도 하나의 노즐을 추가로 포함하고, 상기 노즐은 액체를 작동 유체의 유동 경로(500) 내로 방출하도록 배열되고 상기 터보기계(1000)의 제1 스테이지(240)와 최종 스테이지(260) 사이에서 상기 유동 경로(500)를 한정하는 벽 상에 위치되는, 터보기계.
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