KR20240056829A - 사이클론 입자 분리기 - Google Patents

사이클론 입자 분리기 Download PDF

Info

Publication number
KR20240056829A
KR20240056829A KR1020247011314A KR20247011314A KR20240056829A KR 20240056829 A KR20240056829 A KR 20240056829A KR 1020247011314 A KR1020247011314 A KR 1020247011314A KR 20247011314 A KR20247011314 A KR 20247011314A KR 20240056829 A KR20240056829 A KR 20240056829A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
housing
annular body
particle
side wall
diameter
Prior art date
Application number
KR1020247011314A
Other languages
English (en)
Inventor
브래드 윌슨 반타셀
Original Assignee
제네럴 일렉트릭 테크놀러지 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 제네럴 일렉트릭 테크놀러지 게엠베하 filed Critical 제네럴 일렉트릭 테크놀러지 게엠베하
Publication of KR20240056829A publication Critical patent/KR20240056829A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/04—Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants
    • F02C7/05—Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants having provisions for obviating the penetration of damaging objects or particles
    • F02C7/052—Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants having provisions for obviating the penetration of damaging objects or particles with dust-separation devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/12—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/12—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces
    • B01D45/16—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces generated by the winding course of the gas stream, the centrifugal forces being generated solely or partly by mechanical means, e.g. fixed swirl vanes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C1/00—Apparatus in which the main direction of flow follows a flat spiral ; so-called flat cyclones or vortex chambers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/02—Construction of inlets by which the vortex flow is generated, e.g. tangential admission, the fluid flow being forced to follow a downward path by spirally wound bulkheads, or with slightly downwardly-directed tangential admission
    • B04C5/04—Tangential inlets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12—Cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/32—Collecting of condensation water; Drainage ; Removing solid particles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/16—Cooling of plants characterised by cooling medium
    • F02C7/18—Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/60—Fluid transfer
    • F05D2260/607—Preventing clogging or obstruction of flow paths by dirt, dust, or foreign particles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Cyclones (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

사이클론 입자 분리기는 복수의 유동 진입 포트들을 갖는 원통형 측벽을 포함하는 하우징을 포함할 수 있다. 커버 부재가 원통형 측벽의 제1 단부를 폐쇄하고, 유동 배출 개구가 관통하여 한정된 장착 부재가 원통형 측벽의 제2 단부에 있다. 적어도 하나의 입자 배출 통로가 하우징 내에 한정된다. 복수의 유동 진입 포트들 각각은 하우징의 상류로부터의 가스 유동을 원통형 측벽에 대해 접선 방향으로 하우징에 진입하도록 지향시켜, 사이클론 와류를 유발하도록 기울어진 유동 지향 표면을 포함한다. 사이클론 와류는 가스 유동으로부터 입자를 분리하도록 작용한다. 원통형 측벽은 제1 직경을 가질 수 있고, 유동 배출 개구는 제2 직경을 가질 수 있으며, 여기서 제1 직경과 제2 직경 사이의 차이가 12.5 밀리미터 초과이다.

Description

사이클론 입자 분리기
본 개시는 일반적으로 입자 분리기에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 복수의 유동 진입 포트가 관통하여 한정된 원통형 측벽을 갖는 하우징을 포함하는 사이클론 입자 분리기(cyclonic particle separator)에 관한 것이다. 관련 터빈 베인(turbine vane) 및 터빈 시스템이 또한 제공된다.
매우 다양한 산업 기계는 입자, 예를 들어 분진, 먼지, 또는 그을음이 정화될 필요가 있는 공기 유동을 사용한다. 정화된 공기 유동을 사용하는 하나의 산업 기계는 가스 터빈(gas turbine, GT) 시스템과 같은 터빈 시스템을 포함한다. GT 시스템에서, 압축기로부터의 공기 유동이 연소 목적을 위해 그리고 냉각 목적을 위해 사용된다. 예를 들어, 공기 유동이 GT 시스템의 터빈 베인 또는 블레이드의 에어포일(airfoil) 내의 냉각 회로로 지향되어, 에어포일이 베인 또는 블레이드 위로 통과하는 고온 연소 가스로부터 과열되는 것을 방지할 수 있다. 냉각 회로는 전형적으로 에어포일을 통한 복잡한 경로를 취하는 다수의 매우 작은 냉각 통로를 포함한다. 입자는 냉각 회로에 진입하기 전에 제거되지 않은 경우 냉각 통로를 막을 수 있다. 현재의 접근법은 터빈 베인 또는 블레이드의 일체형 부분인 다양한 입자 분리기 또는 수집기를 이용한다. 결과적으로, 이들 분리기 또는 수집기는 더 오래된 터빈 베인 또는 블레이드에 개장될 수 없고, 그들은 소정 베인 또는 블레이드에 대해 맞춤화될 수 없다.
원심 또는 사이클론 분리기는 이전에 공기 유동을 정화하는 데 사용되어 왔다. 이들 분리기는 그들이 너무 크고 너무 큰 압력 강하를 생성하기 때문에 GT 시스템과 같은 민감한 산업 장비에 사용하기에는 효과적이지 않다. 유동이 냉각을 위해 사용될 수 있는 경우, 큰 압력 강하는 분리기의 하류에서의 유동의 냉각 유효성을 제한한다.
아래에 언급된 모든 태양, 예 및 특징은 임의의 기술적으로 가능한 방식으로 조합될 수 있다.
본 개시의 일 태양은 사이클론 입자 분리기로서, 하우징 - 하우징은 복수의 유동 진입 포트들이 관통하여 한정된 원통형 측벽, 원통형 측벽의 제1 단부를 폐쇄하는 커버 부재, 및 유동 배출 개구가 관통하여 한정된, 원통형 측벽의 제2 단부에 있는 장착 부재를 포함함 -; 및 하우징 내에 한정된 적어도 하나의 입자 배출 통로를 포함하고; 복수의 유동 진입 포트들 각각은 하우징의 상류로부터의 가스 유동을 원통형 측벽에 대해 접선 방향으로 하우징에 진입하도록 지향시켜, 사이클론 와류(cyclone vortex)를 유발하도록 기울어진 유동 지향 표면을 포함하는, 사이클론 입자 분리기를 제공한다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 원통형 측벽 내에 위치된 환형 본체(annular body)를 추가로 포함하고, 환형 본체는 원통형 측벽의 내부와 환형 본체 사이에 사이클론 분리 챔버를 한정한다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 환형 본체는 커버 부재에 근접한 더 작은 단부 및 장착 부재에 근접한 더 큰 단부를 갖는다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 환형 본체는 커버 부재에 근접한 더 작은 단부 및 장착 부재에 근접한 더 큰 단부를 갖는 절두원추형 형상을 갖는다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 유동 배출 개구와 환형 본체의 더 큰 단부 및 원통형 측벽 중 하나 사이에서 연장되는 벽을 추가로 포함하고, 벽은 원통형 측벽과 함께 환형 입자 트랩을 한정하고, 적어도 하나의 입자 배출 통로는 환형 입자 트랩과 유체 연통되는 제1 입자 배출 통로를 포함한다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 환형 입자 트랩은 원환체(torus) 형상을 갖는다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 적어도 하나의 입자 배출 통로는 커버 부재에 인접하여 하우징의 원통형 측벽 내에 한정된 제1 입자 배출 통로, 및 장착 부재에 인접하여 하우징의 원통형 측벽 내에 한정된 제2 입자 배출 통로를 포함한다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 적어도 하나의 입자 배출 통로는 장착 부재에 인접한 단일 입자 배출 통로를 포함한다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 하우징은 장착 부재에 의해 터빈 베인의 내부 단부벽 및 외부 단부벽 중 하나에 작동식으로 장착되고, 유동 배출 개구는 장착 부재의 벽 내에 한정되고 터빈 베인의 에어포일의 내부에 있는 하우징 하류의 냉각 회로와 유체 연통된다.
본 개시의 일 태양은 터빈 베인으로서, 내부 단부벽; 외부 단부벽; 내부 단부벽과 외부 단부벽을 결합하는 에어포일; 및 사이클론 입자 분리기를 포함하고, 사이클론 입자 분리기는 하우징 - 하우징은 복수의 유동 진입 포트들이 관통하여 한정된 원통형 측벽, 원통형 측벽의 제1 단부를 폐쇄하는 커버 부재, 및 하우징을 내부 단부벽 및 외부 단부벽 중 하나에 결합시키도록 구성되고, 에어포일의 내부에 있는 하우징 하류의 냉각 회로와 유체 연통되는 유동 배출 개구가 관통하여 한정된, 원통형 측벽의 제2 단부에 있는 장착 부재를 포함함 -; 및 하우징 내에 한정된 적어도 하나의 입자 배출 통로를 포함하고, 복수의 유동 진입 포트들 각각은 하우징의 상류로부터의 가스 유동을 원통형 측벽에 대해 접선 방향으로 하우징에 진입하도록 지향시켜, 사이클론 와류를 유발하도록 기울어진 유동 지향 표면을 포함하는, 터빈 베인에 관한 것이다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 원통형 측벽 내에 위치된 환형 본체를 추가로 포함하고, 환형 본체는 원통형 측벽의 내부와 환형 본체 사이에 사이클론 분리 챔버를 한정한다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 환형 본체는 커버 부재에 근접한 더 작은 단부 및 장착 부재에 근접한 더 큰 단부를 갖는다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 환형 본체는 커버 부재에 근접한 더 작은 단부 및 장착 부재에 근접한 더 큰 단부를 갖는 절두원추형 형상을 갖는다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 유동 배출 개구와 환형 본체의 더 큰 단부 및 원통형 측벽 중 하나 사이에서 연장되는 벽을 추가로 포함하고, 환형 벽은 환형 입자 트랩을 한정하고, 적어도 하나의 입자 배출 통로는 환형 입자 트랩과 유체 연통되는 제1 입자 배출 통로를 포함한다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 환형 입자 트랩은 원환체 형상을 갖는다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 적어도 하나의 입자 배출 통로는 커버 부재에 의해 폐쇄된 제1 단부에 인접하여 원통형 측벽 내에 한정된 제1 입자 배출 통로, 및 장착 부재에 인접하여 원통형 측벽 내에 한정된 제2 입자 배출 통로를 포함한다.
본 개시의 일 태양은 터빈 시스템으로서, 작동식으로 함께 결합된 압축기, 연소기, 및 터빈을 포함하는 엔진 코어(engine core) - 터빈은 터빈 스테이지 내의 복수의 베인들을 포함하고, 각각의 베인은 내부 단부벽, 외부 단부벽, 및 내부 단부벽과 외부 단부벽을 결합하는 에어포일을 포함함 -; 각각의 베인의 내부 단부벽 및 외부 단부벽 중 하나에 장착된 사이클론 입자 분리기를 포함하고, 사이클론 입자 분리기는 하우징 - 하우징은 복수의 유동 진입 포트들이 관통하여 한정된 원통형 측벽, 원통형 측벽의 제1 단부를 폐쇄하는 커버 부재, 및 하우징을 내부 단부벽 및 외부 단부벽 중 하나에 결합시키도록 구성되고, 에어포일의 내부에 있는 하우징 하류의 냉각 회로와 유체 연통되는 유동 배출 개구가 관통하여 한정된, 원통형 측벽의 제2 단부에 있는 장착 부재를 포함함 -; 및 하우징 내에 한정된 적어도 하나의 입자 배출 통로를 포함하는, 터빈 시스템을 포함한다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 사이클론 입자 분리기들 중 적어도 하나 내의 원통형 측벽 내에 위치된 환형 본체를 추가로 포함하고, 환형 본체는 원통형 측벽의 내부와 환형 본체 사이에 사이클론 분리 챔버를 한정한다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 환형 본체는 커버 부재에 근접한 더 작은 단부 및 장착 부재에 근접한 더 큰 단부를 갖는다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 환형 본체는 커버 부재에 근접한 더 작은 단부 및 장착 부재에 근접한 더 큰 단부를 갖는 절두원추형 형상을 갖는다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 유동 배출 개구와 환형 본체의 더 큰 단부 및 원통형 측벽 중 하나 사이에서 연장되는 환형 벽을 추가로 포함하고, 환형 벽은 환형 입자 트랩을 한정하고, 적어도 하나의 입자 배출 통로는 환형 입자 트랩과 유체 연통되는 제1 입자 배출 통로를 포함한다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 적어도 하나의 입자 배출 통로는 커버 부재에 인접하여 원통형 측벽 내에 한정된 제1 입자 배출 통로, 및 장착 부재에 인접하여 원통형 측벽 내에 한정된 제2 입자 배출 통로를 포함한다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 적어도 하나의 입자 배출 통로를 터빈의 고온 가스 경로에 유체적으로 결합시키는 도관을 추가로 포함한다.
본 개시의 일 태양은 또한 사이클론 입자 분리기로서, 하우징 - 하우징은 복수의 유동 진입 포트들이 관통하여 한정되고 제1 직경을 갖는 원통형 측벽, 원통형 측벽의 제1 단부를 폐쇄하는 커버 부재, 및 제2 직경을 갖는 유동 배출 개구가 관통하여 한정된, 원통형 측벽의 제2 단부에 있는 장착 부재를 포함함 -; 및 하우징 내에 한정된 적어도 하나의 입자 배출 통로를 포함하고, 제1 직경과 제2 직경 사이의 차이가 12.5 밀리미터 초과인, 사이클론 입자 분리기를 포함한다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 원통형 측벽 내에 한정된 적어도 하나의 입자 배출 통로는 0.76 밀리미터 이상의 직경을 갖는다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 적어도 하나의 입자 배출 통로는 원통형 측벽에 대해 접선방향으로 연장된다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 적어도 하나의 입자 배출 통로는 하우징보다 낮은 압력을 갖는 위치로 연장된다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 원통형 측벽의 내부 환형부(inner annulus)의 면적이 복수의 유동 진입 포트들의 면적들의 합의 적어도 1.5배이다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 원통형 측벽 내에 위치된 환형 본체를 추가로 포함하고, 환형 본체는 원통형 측벽의 내부와 환형 본체 사이에 환형 사이클론 분리 챔버를 한정하고, 환형 본체의 반경방향 외부 단부와 원통형 측벽의 내부 사이의 환형 면적이 적어도 복수의 유동 진입 포트들의 면적들의 합만큼 크다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 환형 본체 내에 한정된 중심 개구의 면적이 적어도 복수의 유동 진입 포트들의 면적들의 합만큼 크다.
본 개시의 일 태양은 터빈 베인으로서, 내부 단부벽; 외부 단부벽; 내부 단부벽과 외부 단부벽을 결합하는 에어포일; 및 내부 단부벽 및 외부 단부벽 중 하나에 장착된 사이클론 입자 분리기를 포함하고, 사이클론 입자 분리기는 하우징 - 하우징은 복수의 유동 진입 포트들이 관통하여 한정되고 제1 직경을 갖는 원통형 측벽, 원통형 측벽의 제1 단부를 폐쇄하는 커버 부재, 및 하우징을 내부 단부벽 및 외부 단부벽 중 적어도 하나에 결합시키도록 구성되고, 에어포일의 내부에 있는 하우징 하류의 냉각 회로와 유체 연통되고 제2 직경을 갖는 유동 배출 개구가 관통하여 한정된, 원통형 측벽의 제2 단부에 있는 장착 부재를 포함함 -; 및 하우징 내에 한정된 적어도 하나의 입자 배출 통로를 포함하고, 제1 직경과 제2 직경 사이의 차이가 12.5 밀리미터 초과인, 터빈 베인을 포함한다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 원통형 측벽 내에 한정된 적어도 하나의 입자 배출 통로는 0.76 밀리미터 이상의 직경을 갖는다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 적어도 하나의 입자 배출 통로는 원통형 측벽에 대해 접선방향으로 연장된다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 적어도 하나의 입자 배출 통로는 장착 부재를 통해 연장된다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 원통형 측벽의 내부 환형부의 면적이 복수의 유동 진입 포트들의 면적들의 합의 적어도 1.5배이다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 원통형 측벽 내에 위치된 환형 본체를 추가로 포함하고, 환형 본체는 원통형 측벽의 내부와 환형 본체 사이에 환형 사이클론 분리 챔버를 한정하고, 환형 본체의 반경방향 외부 단부와 원통형 측벽의 내부 사이의 환형 면적이 적어도 복수의 유동 진입 포트들의 면적들의 합만큼 크다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 환형 본체 내에 한정된 중심 개구의 면적이 적어도 복수의 유동 진입 포트들의 면적들의 합만큼 크다.
본 개시의 일 태양은 가스 터빈 시스템으로서, 작동식으로 함께 결합된 압축기, 연소기, 및 터빈을 포함하는 엔진 코어 - 터빈은 터빈 스테이지 내의 복수의 베인들을 포함하고, 터빈 스테이지의 각각의 베인은 내부 단부벽, 외부 단부벽, 및 내부 단부벽과 외부 단부벽을 결합하는 에어포일을 포함함 -; 각각의 베인의 내부 단부벽 및 외부 단부벽 중 하나에 장착된 사이클론 입자 분리기를 포함하고, 사이클론 입자 분리기는 하우징 - 하우징은 복수의 유동 진입 포트들이 관통하여 한정되고 제1 직경을 갖는 원통형 측벽, 원통형 측벽의 제1 단부를 폐쇄하는 커버 부재, 및 하우징을 내부 단부벽 및 외부 단부벽 중 하나에 결합시키도록 구성되고, 에어포일의 내부에 있는 하우징 하류의 냉각 회로와 유체 연통되고 제2 직경을 갖는 유동 배출 개구가 관통하여 한정된, 원통형 측벽의 제2 단부에 있는 장착 부재를 포함함 -; 및 하우징 내에 한정된 적어도 하나의 입자 배출 통로를 포함하고, 제1 직경과 제2 직경 사이의 차이가 12.5 밀리미터 초과인, 가스 터빈 시스템에 관한 것이다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 원통형 측벽의 내부 환형부의 면적이 복수의 유동 진입 포트들의 면적들의 합의 적어도 1.5배이다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 사이클론 입자 분리기들 중 적어도 하나 내의 원통형 측벽 내에 위치된 환형 본체를 추가로 포함하고, 환형 본체는 원통형 측벽의 내부와 환형 본체 사이에 환형 사이클론 분리 챔버를 한정하고, 환형 본체의 반경방향 외부 단부와 원통형 측벽의 내부 사이의 환형 면적이 적어도 복수의 유동 진입 포트들의 면적들의 합만큼 크다.
본 개시의 다른 태양은 상기 태양들 중 임의의 태양을 포함하고, 환형 본체 내에 한정된 중심 개구의 면적이 적어도 복수의 유동 진입 포트들의 면적들의 합만큼 크다.
이러한 요약 단락에 설명된 것을 포함하는, 본 개시에 설명된 2개 이상의 태양들이 본 명세서에 구체적으로 설명되지 않은 구현예들을 형성하기 위해 조합될 수 있다.
하나 이상의 구현예들의 상세 사항이 아래의 설명 및 첨부 도면에 제시된다. 다른 특징, 목적 및 이점은 설명 및 도면으로부터 그리고 청구범위로부터 명백하게 될 것이다.
본 개시의 이들 및 다른 특징은 본 개시의 다양한 실시예를 도시한 첨부 도면과 함께 취해진 본 개시의 다양한 태양의 하기 상세한 설명으로부터 더욱 용이하게 이해될 것이다.
도 1은 본 개시의 실시예가 사용될 수 있는 예시적인 터빈 시스템의 개략도.
도 2는 도 1의 터빈 시스템과 함께 사용될 수 있는 3개의 스테이지를 가진 예시적인 터빈 조립체의 단면도.
도 3은 본 개시의 실시예에 따른, 도 2의 터빈 조립체와 함께 사용될 수 있는 사이클론 입자 분리기를 포함하는 터빈 베인의 사시도.
도 4는 본 개시의 실시예에 따른, 도 3의 사이클론 입자 분리기 및 터빈 베인의 단면도.
도 5는 본 개시의 실시예에 따른, 도 3의 사이클론 입자 분리기의 부분 단면도.
도 6은 도 4의 도면 선 6-6을 따른 사이클론 입자 분리기의 하향식 단면도.
도 7은 다수의 대안적인 특징부를 포함하는, 사이클론 입자 분리기의 하우징의 단면도.
도 8은 본 개시의 다른 실시예에 따른, 사이클론 입자 분리기 및 터빈 베인의 단면도.
도 9는 본 개시의 실시예에 따른, 환형 입자 트랩의 확대 단면도.
도 10은 본 개시의 다른 실시예에 따른, 환형 입자 트랩의 확대 단면도.
도 11은 본 개시의 다른 실시예에 따른, 사이클론 입자 분리기 및 터빈 베인의 단면도.
도 12는 본 개시의 추가 실시예에 따른, 2개의 사이클론 입자 분리기 및 터빈 베인의 단면도.
도 13은 설명 목적을 위해 다수의 치수 양태가 강조된 분리기의 확대 단면도.
도 14는 본 개시의 다른 실시예에 따른, 사이클론 입자 분리기의 사시도.
본 개시의 도면은 반드시 축척에 맞게 도시된 것은 아님에 유의한다. 도면은 본 개시의 전형적인 태양만을 도시하도록 의도되며, 따라서 본 개시의 범주를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 도면에서, 유사한 도면 부호는 도면들 사이에서 유사한 요소를 나타낸다.
초기 사항으로서, 본 개시의 발명 요지를 명확하게 설명하기 위해, 터빈 시스템과 같은, 사이클론 분리기를 이용하는 산업 기계 내의 관련 기계 구성요소를 언급하고 설명할 때 소정 용어를 선택하는 것이 필요할 것이다. 가능한 범위 내에서, 통상의 산업 용어가 사용되고 그의 허용된 의미와 일관되는 방식으로 이용될 것이다. 달리 언급되지 않는 한, 그러한 용어는 본 출원의 문맥 및 첨부된 청구범위의 범주와 일관되는 광의의 해석이 주어져야 한다. 당업자는 종종 특정 구성요소가 몇몇 상이하거나 중복되는 용어를 사용하여 언급될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 명세서에 단일 부분인 것으로 설명될 수 있는 것은 다른 문맥에서 다수의 구성요소로 이루어진 것으로 포함되고 참조될 수 있다. 대안적으로, 본 명세서에 다수의 구성요소를 포함하는 것으로 설명될 수 있는 것은 다른 곳에서 단일 부분으로 언급될 수 있다.
또한, 몇몇 설명적인 용어가 본 명세서에 규칙적으로 사용될 수 있으며, 이러한 단락의 시작 시에 이들 용어를 정의하는 것이 도움이 되는 것으로 입증될 것이다. 이들 용어 및 그들의 정의는, 달리 언급되지 않는 한, 하기와 같다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "하류" 및 "상류"는 터빈을 통한 작동 유체와 같은 유체의 유동, 또는 예를 들어 연소기를 통한 공기 또는 터빈의 구성요소 시스템들 중 하나를 통한 냉각제의 유동에 대한 방향을 나타내는 용어이다. 용어 "하류"는 유체의 유동 방향에 대응하고, 용어 "상류"는 그 유동에 대해 반대인 방향(즉, 그 유동이 시작되는 방향)을 지칭한다. 용어 "전방" 및 "후방"은 임의의 추가의 구체성 없이 방향을 지칭하며, 이때 "전방"은 터보기계의 전방 또는 압축기 단부를 지칭하고, "후방"은 터보기계의 후방 섹션을 지칭한다.
중심 축과 관련하여 상이한 반경방향 위치에 배치되는 부분을 설명하는 것이 종종 필요하다. 용어 "반경방향"은 축에 수직인 이동 또는 위치를 지칭한다. 예를 들어, 제1 구성요소가 제2 구성요소보다 축에 더 가깝게 있는 경우, 제1 구성요소가 제2 구성요소의 "반경방향 내향" 또는 "내측"에 있는 것으로 본 명세서에 언급될 것이다. 반면에, 제1 구성요소가 제2 구성요소보다 축으로부터 더 멀리 떨어져 있는 경우, 제1 구성요소가 제2 구성요소의 "반경방향 외향" 또는 "외측"에 있는 것으로 본 명세서에 언급될 수 있다. 용어 "축방향"은 축에 평행한 이동 또는 위치를 지칭한다. 마지막으로, 용어 "원주방향"은 축 둘레의 이동 또는 위치를 지칭한다. 그러한 용어는 가스 터빈의 중심 축에 관하여 적용될 수 있음이 이해될 것이다.
또한, 몇몇 설명적인 용어가 후술되는 바와 같이 본 명세서에 규칙적으로 사용될 수 있다. 용어 "제1", "제2", 및 "제3"은 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위해 상호교환가능하게 사용될 수 있으며, 개별 구성요소의 위치 또는 중요성을 나타내도록 의도되지 않는다.
본 명세서에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 설명하는 목적을 위한 것이며, 본 개시를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단수 형태("a", "an" 및 "the")는, 문맥이 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 복수 형태를 또한 포함하도록 의도된다. 본 명세서에 사용될 때 용어 "포함하다" 및/또는 "포함하는"은 언급된 특징부, 완전체(integer), 단계, 작동, 요소, 및/또는 구성요소의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징부, 완전체, 단계, 작동, 요소, 구성요소, 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 부가를 배제하지는 않는 것이 또한 이해될 것이다. "선택적인" 또는 "선택적으로"는 후속하여 설명되는 이벤트 또는 상황이 발생할 수 있거나 발생하지 않을 수 있음을, 또는 후속하여 설명되는 구성요소 또는 요소가 존재할 수 있거나 존재하지 않을 수 있음을, 그리고 설명은 이벤트가 발생하거나 구성요소가 존재하는 경우 및 그것이 발생하지 않거나 존재하지 않는 경우를 포함함을 의미한다.
하나의 요소 또는 층이 다른 요소 또는 층 "상에 있는", "그에 맞물린", "그에 연결된" 또는 "그에 결합된" 것으로 언급되는 경우, 그것은 직접 다른 요소 또는 층 상에 있거나, 그에 맞물리거나, 그에 연결되거나, 그에 결합될 수 있고, 또는 개재하는 요소 또는 층이 존재할 수 있다. 대조적으로, 하나의 요소가 다른 요소 또는 층 "상에 직접 있는", "그에 직접 맞물린", "그에 직접 연결된" 또는 "그에 직접 결합된" 것으로 언급될 때, 개재하는 요소 또는 층은 존재하지 않는다. 요소들 사이의 관계를 설명하기 위해 사용되는 다른 단어는 유사한 방식으로 해석되어야 한다(예컨대, "사이에" 대 "직접 사이에", "인접한" 대 "직접 인접한" 등). 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는"은 연관되는 열거된 항목들 중 하나 이상의 임의의 그리고 모든 조합을 포함한다.
위에서 나타낸 바와 같이, 본 개시는 사이클론 입자 분리기를 제공한다. 사이클론 입자 분리기는 복수의 유동 진입 포트가 관통하여 한정된 원통형 측벽을 포함하는 하우징을 포함할 수 있다. 하우징은 또한 원통형 측벽의 제1 단부를 폐쇄하는 커버 부재, 및 원통형 측벽의 제2 단부에 있는 장착 부재를 포함할 수 있다. 장착 부재에는 유동 배출 개구가 관통하여 한정될 수 있다. 적어도 하나의 입자 배출 통로가 하우징 내에 한정된다. 복수의 유동 진입 포트들 각각은 하우징의 상류로부터의 가스 유동을 원통형 측벽에 대해 접선 방향으로 하우징에 진입하도록 지향시켜, 사이클론 와류를 유발하도록 기울어진 유동 지향 표면을 포함한다. 사이클론 와류는 가스 유동으로부터 입자를 분리하도록 작용한다.
소정 실시예에서, 원통형 측벽은 제1 직경을 가질 수 있고, 유동 배출 개구는 제2 직경을 가질 수 있으며, 여기서 제1 직경과 제2 직경 사이의 차이가 12.5 밀리미터(대략 0.5 인치) 초과이다. 사이클론 입자 분리기는 실제로 청정한 가스 유동을 필요로 하는 임의의 산업 기계에 사용될 수 있지만, 터빈 시스템 내의 터빈 베인에 적용되는 것으로 본 명세서에 설명될 것이다. 사이클론 입자 분리기는 터빈 베인의 단부벽과 같은 작은 면적에의 적용을 위한 작은 프로파일을 제공한다. 본 명세서에 설명된 다른 구조체 중에서도, 원통형 측벽 내의 유동 진입 포트는 예를 들어 터빈 베인의 냉각 회로에서의 분리기 하류의 냉각 목적을 위한 압축된 가스 유동의 후속 사용에 부정적인 영향을 미칠 상당한 압력 강하 없이 입자 분리를 허용한다.
도 1은 가스 터빈(GT) 시스템 형태의 예시적인 터빈 시스템(100)의 개략적인 예시이다. 터빈 시스템(100)은 작동식으로 함께 결합된 압축기(102), 연소기(104), 및 터빈(108)을 포함하는 엔진 코어(101)를 포함한다. 연소기(104)는 연소 영역(105) 및 연료 노즐 조립체(106)를 포함한다. 터빈 시스템(100)은 또한 공통 압축기/터빈 샤프트(110)(때때로 로터(110)로 지칭됨)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 터빈 시스템(100)은 미국 사우스캐롤라이나주 그린빌 소재의 제너럴 일렉트릭 컴퍼니로부터 구매가능한 7HA.03 엔진이다. 본 개시는 임의의 하나의 특정 GT 시스템으로 제한되지 않고, 예를 들어 제너럴 일렉트릭 컴퍼니의 다른 HA, F, B, LM, GT, TM 및 E-클래스 엔진 모델 및 다른 회사의 엔진 모델을 포함하는 다른 터빈 시스템과 관련하여 사용될 수 있다. 언급된 바와 같이, 본 명세서에 설명된 바와 같은 사이클론 입자 분리기가 또한 터빈 시스템 이외의 다양한 산업 기계에 사용될 수 있다. 터빈 시스템에서, 사이클론 입자 분리기에 의해 정화되는 가스는 공기이지만, 가스는 다른 산업 기계에서 공기 이외의 것일 수 있다.
도 2는 도 1의 터빈 시스템(100)과 함께 사용될 수 있는 블레이드 및 노즐의 3개의 스테이지를 가진 예시적인 터빈(108)의 단면도이다. 터빈(108)은 도시된 것보다 많거나 적은 스테이지를 포함할 수 있다. 터빈(108)은 터빈 스테이지 내에 배열된 (페이지 내외로의) 복수의 베인(112)을 포함한다. 각각의 베인(112)은 (반경방향) 외부 단부벽(114), (반경방향) 내부 단부벽(116), 및 외부 단부벽(114)과 내부 단부벽(116)을 결합하는 에어포일(120)을 포함한다. 베인(112)은 외부 단부벽(114)에 의해 터빈(108)의 케이싱(122) 내에 유지된다. 이해되는 바와 같이, 압축된 가스(공기) 유동(124)이 압축기(102)(도 1)로부터 케이싱(122)을 통과하고 베인(112) 내의 (도 2에 도시되지 않은) 냉각 회로에 진입하여 베인을 냉각시킨다. 터빈(108)은 또한 (페이지 내외로의) 복수의 회전 블레이드(123)를 포함하고, 이는, 인접한 상류 베인(112)과 함께, 터빈 스테이지를 한정한다. 각각의 블레이드(123)는 로터(110)에 결합된 기부(125) 및 기부(125)로부터 연장되는 에어포일(127)을 포함한다. 이해되는 바와 같이, 압축된 공기 유동(129)이 압축기(102)(도 1)로부터 기부(125)를 통과하고 블레이드(123) 내의 (도 2에 도시되지 않은) 냉각 회로에 진입하여 블레이드를 냉각시킨다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 작동 시에, 공기는 압축기(102)를 통해 유동하고, 압축된 공기는 연소기(104)에 공급된다. 구체적으로, 압축된 공기는 연소기(104)와 일체형인 연료 노즐 조립체(106)에 공급된다. 조립체(106)는 연소 영역(105)과 유동 연통된다. 연료 노즐 조립체(106)는 또한 (도 1에 도시되지 않은) 연료 공급원과 유동 연통되고, 연료 및 공기를 연소 영역(105)으로 채널링한다(channel). 연소기(104)는 연료를 점화하고 연소시켜 연소 가스를 생성한다. 연소기(104)는, 가스 스트림 열 에너지가 터빈(108)의 고온 가스 경로(180)를 통해 기계적 회전 에너지로 변환되는 터빈(108)과 유동 연통된다. 터빈(108)은 로터(110)에 회전가능하게 결합되어 로터를 구동한다. 베인(112)에 의해 지향되는 연소 가스가 블레이드(123) 및 로터(110)를 회전시킨다. 압축기(102)는 또한 샤프트(110)에 회전가능하게 결합될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 복수의 연소기(104) 및 연료 노즐 조립체(106)가 있다.
도 3은 그의 외부 단부벽(114) 상에 사이클론 입자 분리기(126)(이하 "분리기(126)")를 포함하는 단일의 예시적인 베인(112)의 사시도를 도시한다. 소정 실시예에서, 분리기(126)는 터빈 시스템(100) 내의 하나 이상의 베인(112)의 내부 단부벽(116)(도 11 참조) 및 외부 단부벽(114)(도시된 바와 같음) 중 하나에 장착될 수 있다. 도 12에 도시된 다른 실시예에서, 분리기(126)는 터빈 시스템(100) 내의 하나 이상의 베인(112)의 내부 단부벽(116) 및 외부 단부벽(114) 둘 모두에 장착될 수 있다. 설명 목적을 위해, 도 4는 터빈 베인(112)의 외부 단부벽(114) 상의 분리기(126)의 단면도를 도시하고; 도 5는 외부 단부벽(114) 상의 분리기(126)의 부분 단면도를 도시한다.
분리기(126)는 하우징(130)을 포함한다. 도 4 및 도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이, 하우징(130)은 복수의 유동 진입 포트(134)가 관통하여 한정된 원통형 측벽(132)을 포함한다. 가스 유동(124)(예컨대, 도 2 참조)이 원통형 하우징(132)의 외측으로부터, 예컨대 케이싱(122)(도 2) 내부로부터, 유동 진입 포트(134)를 통해 원통형 하우징(132)의 내부로 유동할 수 있다. 하우징(130)은 원통형 측벽(132)의 제1 단부(138)를 폐쇄하는 커버 부재(136)를 포함한다. 하우징(130)은 또한 원통형 측벽(132)의 제2 단부(142)에 있는 장착 부재(140)를 포함한다.
하우징(130)은 이용되는 환경을 견딜 수 있는 임의의 재료로 제조될 수 있다. 원통형 측벽(132)은 완벽하게 원통형인 것으로부터 약간의 미소한 변동을 가질 수 있지만 충분하게 만곡되어, 복수의 유동 진입 포트(134)("유동 진입 포트(134)")를 통해 진입하는 가스 유동(124)의 사이클론 와류(170)(도 6)를 생성한다. 유동 진입 포트(134)는 다수의 방식으로 배열될 수 있다. 도 4에서, 유동 진입 포트(134)의 단일 열이 원통형 벽(132)의 높이(Hs)의 대부분으로 연장된다. 도 13에 도시된 다른 예에서, 유동 진입 포트(134)는 한 쌍의 반경방향으로 이격된 열(230A, 230B)로 배열된다. 유동 진입 포트(134)의 상이한 배열이 또한 가능하다.
커버 부재(136)는 원통형 측벽(132)의 제1 단부(138)를 유체적으로 폐쇄할 수 있는 임의의 구조적 부재일 수 있다. 도시된 예에서, 커버 부재(136)는 원통형 측벽(132)의 제1 단부에 결합된 평면형 플레이트이다. 그러나, 다른 실시예에서, 커버 부재(136)는 입자 분리 및/또는 압력 손실을 개선하기 위해 원통형 측벽(132) 내에 형성된 사이클론 와류(170)(도 6)에 긍정적인 방식으로 영향을 미치도록 구성된 내부 표면(도시되지 않음)을 가질 수 있다.
장착 부재(140)는 하우징(130)을 빠져나가는 더 청정한 가스 유동(144)(도 4), 예컨대 공기가 후속 사용, 예컨대 터빈 베인(112)의 에어포일(120) 내의 냉각 회로(148)(도 4)로 유체적으로 전달되도록 하우징(130)을, 예를 들어 외부 단부벽(114)에 유체적으로 결합시킬 수 있는 임의의 구조체를 포함할 수 있다. 도시된 비제한적인 예에서, 장착 부재(140)는 벽(150)(예컨대, 플레이트 요소) 및 매니폴드(154)를 형성하도록 외부 단부벽(114)에 결합하기 위한 임의의 수의 결합 벽(152)(도 5)을 포함한다. 장착 부재(140)는 분리기(126)가 결합되는 구조체에 따라 다양한 상이한 형태를 취할 수 있다. 어떠한 경우에도, 장착 부재(140)는 관통하여, 예컨대 장착 부재(140)의 벽(들)(150, 152)을 통해 한정된 유동 배출 개구(160)를 포함한다. 유동 배출 개구(160)는 유동 배출 개구(160)를 통과하는 더 청정한 가스 유동(144)(공기)이 적어도 에어포일(120) 내의 냉각 회로(148)에 진입하도록, 예를 들어 매니폴드(154)를 통해 에어포일(120)(및 아마도 외부 단부벽(114)) 내의 하나 이상의 개구(156)와 유체 연통된다. 에어포일(120) 내의 냉각 회로(148) 및/또는 외부 단부벽(114)은 임의의 현재 알려진 또는 추후 개발될 형태를 취할 수 있지만, 전형적으로 매니폴드(154)와 유체 연통되는 외부 단부벽(114) 내의 하나 이상의 개구(156)를 포함하고, 따라서 더 청정한 가스 유동(144)이 개구(156)에 진입할 수 있다.
도 6은 도 4의 도면 선 6-6을 따라 취해진, 분리기(126) 및 특히 하우징(130)의 단면도를 도시한다. 도 6은 복수의 유동 진입 포트들(134) 각각이 하우징(130)의 상류로부터의 가스 유동(124)(화살표)을 원통형 측벽(132)에 대해 접선 방향으로 하우징(130)에 진입하도록 지향시켜 사이클론 와류(170)를 유발하도록 기울어진 유동 지향 표면(166)을 포함할 수 있다는 것을 도시한다. 터빈 시스템(100)(도 1)의 예시적인 응용에서, 가스 유동(124)은 압축기(102)(도 1)로부터의 압축된 공기를 포함하지만; 그것은 다른 응용에서 다른 가스를 포함할 수 있다. 본 명세서에 설명될 바와 같이, 분리기(126)의 특징부는 사이클론 와류(170)의 효율 및 최소 압력 강하로 가스 유동(124)으로부터 입자를 효율적으로 분리하는 다른 작동 양태를 최적화하도록 선택될 수 있다.
도 4 및 도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이, 분리기(126)는 또한 가스 유동(124)으로부터 사이클론 와류(170)에 의해 분리된 입자가 그것을 통해 하우징(130)으로부터 토출되는, 하우징(130) 내에 한정된 적어도 하나의 입자 배출 통로(176)를 포함한다. 따라서, 배출 통로(들)(176)는 이제 더 청정한 가스 유동(144)(도 4)의 사용 전에 입자가 하우징(130)을 떠나는 경로를 제공한다. 입자 배출 통로(들)(176)는 사이클론 와류(170)로부터의 입자 운동량이 방해받지 않도록 원통형 측벽(132)에 대해 접선방향으로 연장된다. 임의의 수의 배출 통로(들)(176)가 이용될 수 있다. 도 4 및 도 5에서, 단일 배출 통로(176)가 도시되어 있으며, 이는, 필수적이지는 않지만, 장착 부재(140)에 인접하게 위치되는 것이 바람직하다.
도 7은 다수의 대안적인 특징부를 포함하는 하우징(130)의 단면도를 도시한다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같은 다른 실시예에서, 하우징(130)은 (점선으로 도시된) 커버 부재(136)에 인접하여 하우징(130)의 원통형 측벽(132) 내에 한정된 제1 입자 배출 통로(176A), 및 (부분적으로 점선으로 도시된) 장착 부재(140)에 인접하여 하우징(130)의 원통형 측벽(132) 내에 한정된 제2 입자 배출 통로(176B)를 포함할 수 있다. 배출 통로(들)(176)는 입자를, 가스 유동(124)(도 4)으로부터의 그들의 제거를 위해 하우징(130)보다 낮은 압력을 갖는 임의의 원하는 위치로 지향시킬 수 있다. 예를 들어 도 5에 도시된 일 실시예에서, 입자 배출 통로(들)(176)는 입자를 터빈(108)(도 1)의 고온 가스 경로(180)(도 2 내지 도 5)로 지향시킬 수 있다. 여기서, 배출 통로(들)(176)는 또한 장착 부재(140), 예컨대 장착 부재(140)의 벽(150)을 통해 연장되고, 예를 들어 외부 단부벽(114)을 통해 고온 가스 경로(180)로 라우팅될(routed) 수 있다. 이러한 방식으로, 입자는 가스 유동(124)으로부터 제거되고, 고온 가스 경로(180)를 통해 방출된다. 다른 실시예에서, 배출 통로(들)(176)는 입자를 수집 공동(도시되지 않음)으로 지향시킬 수 있다.
도 8은 본 개시의 다른 실시예에 따른 분리기(126) 및 터빈 베인(112)의 단면도이다. 도 7 및 도 8에 도시된 소정 실시예에서, 하나 이상의 분리기(126)는 또한 원통형 측벽(132) 내에 위치된 환형 본체(190)를 포함할 수 있다. 즉, 환형 본체(190)는 터빈 시스템(100)(도 1) 내의 분리기들(126) 중 적어도 하나 내에서 원통형 측벽(132) 내에 위치될 수 있다. 환형 본체(190)는 원통형 측벽(132)의 내부(194)와 환형 본체(190)의 외부(196) 사이에 사이클론 분리 챔버(192)를 한정한다. 환형 본체(190)는 또한 환형 본체(190)의 내경(197)과 장착 부재(140) 사이에 사이클론 분리 챔버(195)를 한정한다. 환형 본체(190)는 대체로 원형이지만, 정확히 원형인 것으로부터 약간의 차이를 가질 수 있는데, 예컨대 그것은 타원형일 수 있다.
환형 본체(190)는 다수의 방식으로 위치될 수 있다. 일례에서, 환형 본체(190)는 원통형 측벽(132)의 제2 단부(142) 부근에서 원통형 측벽(132)에 결합되는데, 즉 그들은 함께 결합되거나 하나의 피스(piece)로서 형성된다. 그러나, 다른 위치설정 배열이 가능할 수 있다. 예를 들어, 도시되지 않은 다른 배열에서, 환형 본체(190)는 장착 부재(140) 및/또는 커버 부재(136)에 결합되거나 그들과 함께 형성될 수 있다. 환형 본체(190)는 상당한 압력 강하 없이 효율적인 방식으로 입자의 제거를 개선하도록 각각 작용하는 맞춤화된 사이클론 분리 챔버(192) 및/또는 사이클론 분리 챔버(195)를 생성하도록 크기설정되고 형상화될 수 있다. 환형 본체(190)는 터빈 시스템(100)(도 1) 내의 소정 분리기(126) 내에서 원통형 측벽(132) 내에 위치될 수 있다. 하나의 비제한적인 예에서, 분리기(126)는 터빈(108)(도 1)의 하부 반부 상에 있는 터빈 베인(112) 상에 제공될 수 있다. 그러나, 환형 본체(190)는 원하는 임의의 분리기(126) 내에 이용될 수 있다.
일 실시예에서, 환형 본체(190)는 커버 부재(136)에 근접한 더 작은 단부(200) 및 장착 부재(140)에 근접한 더 큰 단부(202)를 갖는다. 분리기(126)가 외부 단부벽(114)에 결합될 때 로터(110)(도 2)에 대해 더 작은 단부(200)는 반경방향 외향으로 있고 더 큰 단부(202)는 반경방향 내향으로 있다. 환형 본체(190)는 더 작은 단부(200)에서 중심 개구(206)를 한정한다. 소정 실시예에서, 중심 개구(206)는 유동 배출 개구(160)의 직경(Dcool)(도 13)보다 약간 더 큰 직경(Dcone)(도 13)을 갖는다. 그러나, 이는 모든 경우에 필수적인 것은 아니다. 예를 들어 도 8에 도시된 일 실시예에서, 환형 본체(190)는 커버 부재(136)에 근접한 더 작은 단부(200) 및 장착 부재(140)에 근접한 더 큰 단부(202)를 갖는 절두원추형 형상을 갖는다. 여기서, 환형 본체(190)는 대체로 더 큰 단부(202)로부터 더 작은 단부(200)까지 단면이 선형인 벽(즉, 일정한 기울기를 갖는 벽)을 갖는다. 대조적으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 환형 본체(190)는 만곡된 단면을 갖는(즉, 화산과 유사한 형상을 생성함) 벽을 가진 대체로 절두원추형 형상을 가질 수 있으며, 여기서 커버 부재(136)에 근접한 더 작은 단부(200) 상의 지점과 장착 부재(140)에 근접한 더 큰 단부(202) 상의 대응하는 지점 사이에 한정된 임의의 선이 볼록한 곡선을 한정한다. 다시 말하면, 환형 본체(190)의 단면 직경은 제1 기울기와 상이한 제2 기울기를 갖는 일부분에 결합된 제1 기울기를 갖는 일부분을 포함한다. 환형 본체(190)는 유동을 반경방향 외향으로, 이어서 벽 위로 그리고 반경방향 내향으로, 예컨대 L-형상으로 가압하는 임의의 형상을 가질 수 있다.
도 7을 계속 참조하면, 소정 실시예에서, 분리기(126)는 또한 유동 배출 개구(160)와 환형 본체(190)의 더 큰 단부(202) 및 하우징(130)의 원통형 측벽(132) 중 하나 사이에서 연장되는 환형 벽(210)을 포함할 수 있다. 환형 벽(210)은 대체로 원형이지만, 정확히 원형인 것으로부터 약간의 차이를 가질 수 있는데, 예컨대 타원형일 수 있고, 그 내부에 일부 불연속부를 가질 수 있다. 벽(210)은 원통형 측벽(132) 또는 환형 본체(190)의 더 큰 단부(202)와 함께 환형 입자 트랩(212)을 한정한다. 도 9 및 도 10은 하우징(130) 및 벽(210)의 확대 단면도를 도시한다. 도 7 및 도 9에서, 벽(210)은 유동 배출 개구(160)와 하우징(130)의 원통형 측벽(132) 사이에서 연장된다. 이러한 경우에, 환형 본체(190)의 더 큰 단부(202)는 벽(210) 위에 있고, 유동 배출 개구(160)와 원통형 측벽(132) 사이에 개재되지 않는다. 여기서, 사이클론 분리 챔버(192)는 환형 입자 트랩(212) 위에(반경방향 외향으로) 있다. 대안적으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 벽(210)은 유동 배출 개구(160)와 환형 본체(190)의 더 큰 단부(202) 사이에서 연장될 수 있는데, 즉 원통형 측벽(132)은 벽(210)에 바로 인접하지 않는다. 이러한 실시예에서, 사이클론 분리 챔버(192)는 환형 입자 트랩(212)에 인접한다. 어떠한 경우에도, 벽(210)은 원통형 측벽(132) 또는 환형 본체(190)의 더 큰 단부(202)와 함께 환형 입자 트랩(212)을 한정한다. 환형 입자 트랩(212)은 사이클론 유동으로부터 입자를 수집하고 입자를 입자 배출 통로(들)(176)로 지향시키도록 작용한다.
입자 배출 통로(들)(176)는 환형 입자 트랩(212)과 유체 연통될 수 있다. 도 9는 (환형 입자 트랩(212) 내에 점선으로) 단일 입자 배출 통로(176)를 도시한다. 도 7에 도시된 소정 실시예에서, 하나 이상의 입자 배출 통로(176B)는 환형 입자 트랩(212)과 유체 연통될 수 있고, 하나 이상의 다른 입자 배출 통로(176A)는 커버 부재(136)에 인접하여 하우징(130)의 원통형 측벽(132) 내에 한정될 수 있다.
벽(210)은 원하는 형상의 환형 입자 트랩(212)을 생성하기 위해 임의의 형상을 가질 수 있다. 도 7 및 도 10에 도시된 일례에서, 벽(210)은 외향으로 만곡된 표면(214)을 갖고, 이는, 환형 본체(190)의 더 큰 단부(202) 또는 원통형 측벽(132)의 정합 표면(216)과 함께, 원환체-형상의 입자 트랩(212)을 생성한다. 환형 입자 트랩(212)의 다른 형상, 예컨대 삼각형 또는 직사각형 단면 원환체가 또한 가능하다.
전술된 바와 같이, 일 실시예에서, 분리기(126)의 하우징(130)은 장착 부재(140)에 의해 터빈 베인(112)의 외부 단부벽(114)에 작동식으로 장착될 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에서, 분리기(126)의 하우징(130)은 장착 부재(140)에 의해 터빈 베인(112)의 내부 단부벽(116)에 작동식으로 장착될 수 있다. 유동 배출 개구(160)는 장착 부재(140)의 벽(150 및/또는 152) 내에 한정되고, 터빈 베인(112)의 에어포일(120)의 내부에 있는 원통형 측벽(132) 하류의 냉각 회로(148)와 유체 연통된다. 도 12에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에서, 분리기(126)의 하우징(130)은 각각의 장착 부재(140)에 의해 터빈 베인(112)의 외부 단부벽(114) 및 내부 단부벽(116) 각각에 작동식으로 장착될 수 있다. 각각의 분리기(126)의 유동 배출 개구(160)는 그의 장착 부재(140)의 벽(150 및/또는 152) 내에 한정되고, 터빈 베인(112)의 에어포일(120)의 내부에 있는 원통형 측벽(132) 하류의 냉각 회로(148)와 유체 연통된다. 청정한 가스 유동(144)이 터빈 베인(112)의 에어포일(120)의 양쪽 단부로 전달된다.
작동 시에, 압축기(102)(도 1)로부터의 공기와 같은, 압축된 가스 유동(124)이 분리기(126)의 원통형 측벽(132) 내의 유동 진입 포트(134)에 진입한다. 가스 유동(124)은, 예를 들어 터빈 베인(112)의 냉각 회로(148)에서 효율적으로 사용하기에는 너무 큰, 그리고 제거될 필요가 있는 입자를 포함한다. 유동 진입 포트(134)의 유동 지향 표면(166)은 가스 유동(124)을 원통형 측벽(132), (제공되는 경우) 환형 본체(190)의 중심 개구(206), 및 유동 배출 개구(160)에 대해 접선방향으로 지향시키고, 이는 사이클론 와류(170)를 생성한다. 가스 유동(124) 내의 입자는 원통형 측벽(132)의 내부(194)를 향해 원심력에 의해 외향으로 가압되고, 여기서 입자는 입자 배출 통로(들)(176)를 통해 빠져나간다. 정화된 가스 유동(144)은 원통형 측벽(132)의 제2 단부(142)에서 내향으로 이동하고, 유동 배출 개구(160)를 통해, 예를 들어 터빈 베인(112)의 에어포일(120) 내의 냉각 회로(148) 내로 빠져나간다. 제공되는 경우, 환형 본체(190)는 유동이 반경방향 외향으로 그리고 환형 본체(190) 위로 이동하게 하는, 원통형 측벽(132) 내측의 중공형 유동 편향 특징부로서 작용한다. 따라서, 환형 본체(190)는 입자가 이동하는 유동 경로를 연장시키고 진입 포트(134)로부터 유동 배출 개구(160)까지의 시선(line of sight)을 제한하여, 공기역학적 항력이 입자를 원주 방향으로 가속시켜 유동으로부터의 입자 분리를 유발하는 원심 관성(centrifugal inertia)을 증가시키도록 허용한다. 사이클론 유동은 환형 본체(190)의 제1 반경방향 외부 단부(200) 위로, 반경방향 외부 단부(200) 내의 중심 개구(206)를 통해, 그리고 이어서 원통형 측벽(132)의 제2 단부(142)를 향해 외향으로 이동한다. 따라서 입자는 원통형 측벽(132)에 인접하여 그의 제2 단부(142) 부근에서 외향으로 원심분리된다. 입자 배출 통로(들)(176)는 유동을 방해하지 않도록 예컨대 접선방향으로의 입자의 제거를 허용한다. 더 청정한 가스 유동(144)은 유동 배출 개구(160)를 통해 빠져나간다.
도 13은 설명 목적을 위해 분리기(126)의 다수의 치수 양태가 강조된 분리기(126)의 확대 단면도를 도시한다. 언급된 바와 같이, 분리기(126)는 복수의 유동 진입 포트(134)가 관통하여 한정된 원통형 측벽(132), 원통형 측벽(132)의 제1 단부(138)를 폐쇄하는 커버 부재(136), 및 원통형 측벽(132)의 제2 단부(142)에 있는 장착 부재(140)를 포함하는 하우징(130)을 포함할 수 있다. 유동 배출 개구(160)는 장착 부재(140), 예컨대 그의 벽(150) 내에 한정될 수 있다. 적어도 하나의 입자 배출 통로(176)가 하우징(130) 내에 한정된다. 분리기(126)의 소정 양태의 크기설정을 제어하는 것은 입자 분리 효율을 최대화하고 압력 손실을 최소화하는 것에 관한 이점을 제공할 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 원통형 측벽(132)은 직경(Dsep)을 가질 수 있고, 유동 배출 개구(160)는 직경(Dcool)을 가질 수 있다. 낮은 압력 강하로 효율적인 입자 분리를 제공하기 위해, 분리기(126)의 하나의 치수 양태는 직경(Dsep)과 직경(Dcool) 사이의 차이를, 그것이 12.5 밀리미터(대략 0.5 인치) 초과이도록 제어하는 것일 수 있다. 일 실시예에서, 차이는 25 밀리미터(대략 1.0 인치) 초과일 수 있다. 다른 실시예에서, 차이는 37.5 밀리미터(대략 1.5 인치) 초과일 수 있다. 일반적으로, 직경(Dsep)과 직경(Dcool)의 차이가 클수록, 입자가 사이클론 와류(170) 내에서 가속되고 원통형 측벽(132) 및 배출 통로(들)(176)를 향해 반경방향 외향으로 이동할 수 있는 시간이 길어진다. 유동 배출 통로(160) 직경(Dcool)은 냉각 회로(148)를 위한 더 청정한 가스 유동(144)의 필요한 부피 및 허용가능 압력 강하에 기초하여 크기설정될 수 있다. 다양한 실시예에서, 원통형 측벽(132) 직경(Dsep)은 유동 배출 개구(160) 직경(Dcool)보다 상당히 더 큰데, 즉 2배 초과의 크기이다.
허용가능한 설계 범위 내에서 분리기(126)의 직경(Dsep 및 Dcool)과 높이(Hs)를 최대화하는 것이 또한 유리하다. 직경(Dsep)과 높이(Hs)는 유동 진입 포트(134)의 면적을 포함하는 원통형 측벽(132)의 내부(194)(표면)의 면적(즉, 원통형 면적)인 내부 환형부 면적(Aann)의 성분이다. 달리 말하면, 내부 환형부 면적(Aann)이 클수록, 사이클론 와류(170)의 반경방향 속도 부분에 비해 사이클론 와류(170)의 원주방향 속도 부분이 커지고, 이는 더 큰 입자 분리를 유발한다. 따라서, 더 큰 내부 환형부 면적(Aann)은 압력 강하를 최소화하면서 분리 효율에 긍정적인 영향을 미친다. 일례에서, 75% 이상의 입자가 제거되어, 예를 들어 에어포일(120) 내의 냉각 회로(148) 및 다른 구조체의 내구성이 4배(4x) 증가하였다.
유동 진입 포트(134)의 면적의 합(Avent)을 제어하는 것이 또한 입자 분리 효율에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다. 일 실시예에서, 내부 환형부 면적(Aann)은 유동 진입 포트(134)의 면적의 합(Avent)의 적어도 1.5배(1.5x)이다. 소정 실시예에서, 내부 환형부 면적(Aann)은 유동 진입 포트(134)의 면적의 합(Avent)의 적어도 2.0배(2x)이다. 유동 진입 포트(134) 높이(Hvent)는 또한 이상적으로는 허용가능한 하우징 높이(Hs) 내에서 최대화되어, (제공되는 경우) 환형 본체(190), 배출 통로(들)(176) 및 임의의 필요한 상호연결 구조체, 예컨대 장착 부재(140)의 벽(152)(도 5)을 위한 공간을 제공한다. 유동 진입 포트(134) 총수, 개별 높이(Hport), 폭(W) 및 편심 오프셋(eccentric offset)(유동 지향 표면(166)(도 6)의 각도)은 특정 응용에 필요한 유동 면적에 기초할 수 있다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 이들 파라미터는 원통형 측벽(132)에 대해 접선방향 유동을 생성하도록 그리고 강한 원주방향 속도 부분을 가진 사이클론 와류(170)를 생성하도록 유동 배출 개구(160)에 대한 가스 유동(124)의 시선을 바람직하게 완화시키도록 제어될 수 있다.
입자 배출 통로(들)(176)의 크기 및 배향을 제어하는 것은 또한 효율적인 입자 분리에 도움을 줄 수 있다. 이와 관련하여, 소정 실시예에서, 원통형 측벽(132) 내에 한정된 입자 배출 통로(들)(176)는 각각 0.76 밀리미터(대략 0.030 인치) 이상의 직경(Dexit)을 갖는다. 하나의 비제한적인 예에서, 원통형 측벽(132) 내에 한정된 입자 배출 통로(들)(176)는 각각 5.59 밀리미터(대략 0.22 인치) 이상의 직경(Dexit)을 갖는다.
환형 본체(190)가 원통형 측벽(132)의 내부(194)와 환형 본체(190)의 외부(196) 사이에 환형 사이클론 분리 챔버(192)를 한정하기 위해 원통형 측벽(132) 내에 위치되는 그러한 실시예에서, 분리기(126)의 소정 치수 양태는 분리기(126)에 걸친 압력 강하를 추가로 제어하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 소정 실시예에서, 환형 본체(190)의 반경방향 외부 단부(200)와 원통형 측벽(132)의 내부(194) 사이의 환형 면적(A1)이 적어도 유동 진입 포트(134)의 면적의 합(Avent)만큼 클 수 있다. 하나의 비제한적인 예에서, 환형 면적(A1)은 유동 진입 포트(134)의 면적의 합(Avent)의 4배(4x)일 수 있다. 환형 면적(A1)은 사이클론 분리 챔버(192)의 크기를 제어하여, 그에 따라 생성된 압력 강하를 제어한다. 다른 예에서, 소정 실시예에서, 환형 본체(190)의 반경방향 외부 단부(200)와 폐쇄하는 부재(136)의 내부(232) 사이의 반경방향으로 연장되는 면적(A2)(원통형 면적)이 적어도 유동 진입 포트(134)의 면적의 합(Avent)만큼 클 수 있다. 하나의 비제한적인 예에서, 반경방향으로 연장되는 면적(A2)은 유동 진입 포트(134)의 면적의 합(Avent)의 4배 내지 6배일 수 있다. 반경방향으로 연장되는 면적(A2)이 사이클론 분리 챔버(192)의 반경방향 범위를 제어하기 때문에, 이러한 면적을 제어하는 것은 사이클론 와류(170)가 반경방향으로 연장될 수 있는 범위 및 이러한 공간에 의해 허용되는 압력 강하를 제어한다. 다른 예에서, 소정 실시예에서, 환형 본체(190) 내에(즉, 반경방향 외부 단부(200)에) 한정된 중심 개구(206)의 면적(A3)이 적어도 유동 진입 포트(134)의 면적의 합(Avent)만큼 크다. 하나의 비제한적인 예에서, 면적(A3)은 유동 진입 포트(134)의 면적의 합(Avent)의 4배(4x)일 수 있다. 면적(A3)은 환형 본체(190) 내의 중심 개구(206)의 크기이고, 이는 분리기(126) 내의 중심 개구(206)에 의해 생성되는 압력 강하를 제어한다.
도 14는 본 개시의 다른 실시예에 따른 분리기(126)의 사시도이다. 이러한 경우에, 분리기(126)는 도 4 내지 도 13에 도시된 것보다 큰 범위로 외부 단부벽(114)의 반경방향 외향으로 연장된다. 여기서, 장착 부재(140)는 유동 배출 개구(도시되지 않음, 내측 벽(150))로부터의 연장 도관(240)을 포함한다. 입자 배출 통로(176)는 또한 벽(150)이 외부 단부벽(114)에 바로 인접하지 않기 때문에 외부 단부벽(114)에 도달하기 위한 전용 도관(242)을 갖는다. 언급된 바와 같이, 장착 부재(140)는 상이한 위치 및 응용에서의 분리기(126)의 사용을 수용하기 위해 다양한 형태를 취할 수 있다.
분리기(126)는 임의의 현재 알려진 또는 추후 개발될 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 유리하게는, 분리기(126)는 예컨대 직접 금속 레이저 용융(direct metal laser melting, DMLM) 기술을 사용하여 적층식으로 제조될 수 있다.
본 개시의 실시예는, 오염물질을 최소화하는 그리고 예를 들어 터빈 베인(112)(도 3) 또는 터빈 블레이드(123)(도 14)의 유지보수 비용을 감소시키고, 수명을 연장시키며, 신뢰성 및 내구성을 증가시킬 수 있는 사이클론 입자 분리기(126)를 제공한다. 분리기(126)는 또한 유리하게는 더 오래된 베인 및 블레이드에 용이하게 개장되어 그의 수명을 연장시킬 수 있다. 분리기(126)의 크기는 그것이 가스 터빈 시스템(100)과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 많은 산업 기계에 꼭 끼는 간격으로 끼워맞춤되도록 한다.
명세서 및 청구범위 전반에 걸쳐 본 명세서에서 사용된 바와 같은, 개략화하는 표현은 그에 관련된 기본적인 기능의 변화를 초래함이 없이 허용가능하게 변할 수 있는 임의의 정량적 표현을 수정하기 위해 적용될 수 있다. 따라서, "약", "대략" 및 "실질적으로"와 같은 용어 또는 용어들로 수식된 값은 명시된 정확한 값으로 제한되지 않는다. 적어도 일부 경우에, 개략화하는 표현은 값을 측정하기 위한 기구의 정밀도에 대응할 수 있다. 여기서 그리고 명세서 및 청구범위 전반에 걸쳐, 범위 제한은 조합되고/되거나 상호교환될 수 있고; 그러한 범위는 문맥 또는 언어가 달리 나타내지 않는 한 식별되고 그에 포함된 모든 하위 범위를 포함한다. 일정 범위의 특정 값에 적용되는 바와 같은 "대략"은 양단의 값 둘 모두에 적용되며, 값을 측정하는 기구의 정밀도에 달리 의존하지 않는 한, 언급된 값(들)의 +/- 10%를 나타낼 수 있다.
아래의 청구범위에서의 모든 수단 또는 단계 플러스 기능 요소의 상응하는 구조, 재료, 동작, 및 등가물은, 구체적으로 청구되는 바와 같은 다른 청구된 요소와 조합하여 기능을 수행하기 위한 임의의 구조, 재료, 또는 동작을 포함하도록 의도된다. 본 개시의 설명은 예시 및 설명의 목적을 위해 제시된 것이며, 본 개시를 개시된 형태로 제한하거나 총망라하도록 의도되지 않는다. 많은 수정 및 변형이 본 개시의 범주 및 사상으로부터 벗어남이 없이 당업자에게 명백할 것이다. 본 개시의 원리 및 실제 적용을 가장 잘 설명하기 위해, 그리고 다른 당업자가 고려되는 특정 용도에 적합한 바와 같은 다양한 수정을 가진 다양한 실시예에 대해 본 개시를 이해하는 것을 가능하게 하기 위해, 실시예가 선택되고 설명되었다.

Claims (19)

  1. 사이클론 입자 분리기(cyclonic particle separator)로서,
    하우징 - 상기 하우징은 복수의 유동 진입 포트들이 관통하여 한정되고 제1 직경을 갖는 원통형 측벽, 상기 원통형 측벽의 제1 단부를 폐쇄하는 커버 부재, 및 제2 직경을 갖는 유동 배출 개구가 관통하여 한정된, 상기 원통형 측벽의 제2 단부에 있는 장착 부재를 포함함 -; 및
    상기 하우징 내에 한정된 적어도 하나의 입자 배출 통로를 포함하고,
    상기 제1 직경과 상기 제2 직경 사이의 차이가 12.5 밀리미터 초과인, 사이클론 입자 분리기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 원통형 측벽 내에 한정된 상기 적어도 하나의 입자 배출 통로는 0.76 밀리미터 이상의 직경을 갖는, 사이클론 분리기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 입자 배출 통로는 상기 원통형 측벽에 대해 접선방향으로 연장되는, 사이클론 분리기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 입자 배출 통로는 상기 장착 부재를 통해 연장되는, 사이클론 분리기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 원통형 측벽의 내부 환형부(inner annulus)의 면적이 상기 복수의 유동 진입 포트들의 면적들의 합의 적어도 1.5배인, 사이클론 분리기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 원통형 측벽 내에 위치된 환형 본체(annular body)를 추가로 포함하고, 상기 환형 본체는 상기 원통형 측벽의 내부와 상기 환형 본체 사이에 환형 사이클론 분리 챔버를 한정하고; 상기 환형 본체의 반경방향 외부 단부와 상기 원통형 측벽의 내부 사이의 환형 면적이 적어도 상기 복수의 유동 진입 포트들의 면적들의 합만큼 큰, 사이클론 분리기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 환형 본체 내에 한정된 중심 개구의 면적이 적어도 상기 복수의 유동 진입 포트들의 상기 면적들의 합만큼 큰, 사이클론 분리기.
  8. 터빈 베인(turbine vane)으로서,
    내부 단부벽;
    외부 단부벽;
    상기 내부 단부벽과 상기 외부 단부벽을 결합하는 에어포일(airfoil); 및
    상기 내부 단부벽 및 상기 외부 단부벽 중 하나에 장착된 사이클론 입자 분리기를 포함하고, 상기 사이클론 입자 분리기는 하우징 - 상기 하우징은,
    복수의 유동 진입 포트들이 관통하여 한정되고 제1 직경을 갖는 원통형 측벽,
    상기 원통형 측벽의 제1 단부를 폐쇄하는 커버 부재, 및
    상기 하우징을 상기 내부 단부벽 및 상기 외부 단부벽 중 적어도 하나에 결합시키도록 구성되고, 상기 에어포일의 내부에 있는 상기 하우징 하류의 냉각 회로와 유체 연통되고 제2 직경을 갖는 유동 배출 개구가 관통하여 한정된, 상기 원통형 측벽의 제2 단부에 있는 장착 부재를 포함함 -; 및
    상기 하우징 내에 한정된 적어도 하나의 입자 배출 통로를 포함하고;
    상기 제1 직경과 상기 제2 직경 사이의 차이가 12.5 밀리미터 초과인, 터빈 베인.
  9. 제8항에 있어서, 상기 원통형 측벽 내에 한정된 상기 적어도 하나의 입자 배출 통로는 0.76 밀리미터 이상의 직경을 갖는, 터빈 베인.
  10. 제8항에 있어서, 상기 적어도 하나의 입자 배출 통로는 상기 원통형 측벽에 대해 접선방향으로 연장되는, 터빈 베인.
  11. 제8항에 있어서, 상기 적어도 하나의 입자 배출 통로는 상기 장착 부재를 통해 연장되는, 터빈 베인.
  12. 제8항에 있어서, 상기 원통형 측벽의 내부 환형부의 면적이 상기 복수의 유동 진입 포트들의 면적들의 합의 적어도 1.5배인, 터빈 베인.
  13. 제8항에 있어서, 상기 원통형 측벽 내에 위치된 환형 본체를 추가로 포함하고, 상기 환형 본체는 상기 원통형 측벽의 내부와 상기 환형 본체 사이에 환형 사이클론 분리 챔버를 한정하고; 상기 환형 본체의 반경방향 외부 단부와 상기 원통형 측벽의 내부 사이의 환형 면적이 적어도 상기 복수의 유동 진입 포트들의 면적들의 합만큼 큰, 터빈 베인.
  14. 제13항에 있어서, 상기 환형 본체의 상기 반경방향 외부 단부와 상기 폐쇄하는 부재의 내부 사이의 반경방향으로 연장되는 면적이 적어도 상기 복수의 유동 진입 포트들의 상기 면적들의 합만큼 큰, 터빈 베인.
  15. 제14항에 있어서, 상기 환형 본체 내에 한정된 중심 개구의 면적이 적어도 상기 복수의 유동 진입 포트들의 상기 면적들의 합만큼 큰, 터빈 베인.
  16. 가스 터빈 시스템으로서,
    작동식으로 함께 결합된 압축기, 연소기, 및 터빈을 포함하는 엔진 코어(engine core) - 상기 터빈은 복수의 베인들을 갖는 터빈 스테이지를 포함하고, 상기 터빈 스테이지의 각각의 베인은 내부 단부벽, 외부 단부벽, 및 상기 내부 단부벽과 상기 외부 단부벽을 결합하는 에어포일을 포함함 -;
    각각의 베인의 상기 내부 단부벽 및 상기 외부 단부벽 중 적어도 하나에 장착된 사이클론 입자 분리기를 포함하고, 상기 사이클론 입자 분리기는 하우징 - 상기 하우징은,
    복수의 유동 진입 포트들이 관통하여 한정되고 제1 직경을 갖는 원통형 측벽,
    상기 원통형 측벽의 제1 단부를 폐쇄하는 커버 부재, 및
    상기 하우징을 상기 내부 단부벽 및 상기 외부 단부벽 중 적어도 하나에 결합시키도록 구성되고, 상기 에어포일의 내부에 있는 상기 하우징 하류의 냉각 회로와 유체 연통되고 제2 직경을 갖는 유동 배출 개구가 관통하여 한정된, 상기 원통형 측벽의 제2 단부에 있는 장착 부재를 포함함 -; 및
    상기 하우징 내에 한정된 적어도 하나의 입자 배출 통로를 포함하고;
    상기 제1 직경과 상기 제2 직경 사이의 차이가 12.5 밀리미터 초과인, 가스 터빈 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 원통형 측벽의 내부 환형부의 면적이 상기 복수의 유동 진입 포트들의 면적들의 합의 적어도 1.5배인, 터빈 시스템.
  18. 제16항에 있어서, 상기 사이클론 입자 분리기들 중 적어도 하나 내의 상기 원통형 측벽 내에 위치된 환형 본체를 추가로 포함하고, 상기 환형 본체는 상기 원통형 측벽의 내부와 상기 환형 본체 사이에 환형 사이클론 분리 챔버를 한정하고; 상기 환형 본체의 반경방향 외부 단부와 상기 원통형 측벽의 내부 사이의 환형 면적이 적어도 상기 복수의 유동 진입 포트들의 면적들의 합만큼 큰, 터빈 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 환형 본체 내에 한정된 중심 개구의 면적이 적어도 상기 복수의 유동 진입 포트들의 상기 면적들의 합만큼 큰, 터빈 시스템.
KR1020247011314A 2021-09-09 2021-09-09 사이클론 입자 분리기 KR20240056829A (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2021/049557 WO2023038623A1 (en) 2021-09-09 2021-09-09 Cyclonic particle separator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240056829A true KR20240056829A (ko) 2024-04-30

Family

ID=78078409

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020247011314A KR20240056829A (ko) 2021-09-09 2021-09-09 사이클론 입자 분리기

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4399007A1 (ko)
JP (1) JP2024533081A (ko)
KR (1) KR20240056829A (ko)
WO (1) WO2023038623A1 (ko)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1539435A (en) * 1925-05-26 Centrifugal apparatus
IT1401336B1 (it) * 2010-07-09 2013-07-18 Università Degli Studi Di Trieste Filtro di separazione di un dispositivo di ventilazione
JP6739000B2 (ja) * 2016-09-30 2020-08-12 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 サイクロン分離装置
JP7236605B2 (ja) * 2018-09-26 2023-03-10 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 サイクロン分離装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2024533081A (ja) 2024-09-12
WO2023038623A1 (en) 2023-03-16
EP4399007A1 (en) 2024-07-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3225818B1 (en) Turbine engine designs for improved fine particle separation efficiency
EP2305963B1 (en) Separator Device
US11466582B2 (en) Turbine engine inducer assembly
EP3015681A1 (en) A particle separator and particle collector for a turbine engine
CN100585130C (zh) 用于冲击冷却的涡轮机部件的灰尘分离
EP1790828A2 (en) Dirt separator for compressor diffuser in gas turbine engine
US20040221720A1 (en) Device for filtering particles out of a coolant flow in a turbo machine
JP2016516932A (ja) サイクロン式汚れ分離タービン加速装置
CN110139976B (zh) 用于涡轮发动机的颗粒分离器组件
EP3176442B1 (en) Axial flow device with casing treatment and jet engine
CN111706402B (zh) 涡轮发动机吊架
CN109139261B (zh) 涡轮机械及其所用的颗粒分离器系统和移除颗粒的方法
US11719157B2 (en) Particle separators for turbomachines and method of operating the same
KR102492725B1 (ko) 에어포일에서 충돌 공기를 재사용하기 위한 충돌 인서트, 충돌 인서트를 포함하는 에어포일, 터보머신 구성요소, 및 이를 포함하는 가스 터빈
US20220106884A1 (en) Turbine engine component with deflector
KR20240056826A (ko) 사이클론 입자 분리기
KR20240056829A (ko) 사이클론 입자 분리기
EP0902166B1 (en) Erosion shield in an airflow path
US20230193765A1 (en) Wire screen particle filter for turbomachine airfoil
US4573870A (en) Solid turbine wheel with guided discharge
CN118188067A (zh) 组合式涡轮气动装置和透平
WO2017148947A1 (en) Gas turbine component with cooling holes

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination