KR980010368A - 자동 세척 오그멘터 연료 배수 계량장치 및 유체 유동 계량장치 - Google Patents

자동 세척 오그멘터 연료 배수 계량장치 및 유체 유동 계량장치 Download PDF

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Abstract

본체 및 복수의 유동 제한 판을 포함하는 유체 유동 계량 장치가 제공된다. 이 본체는 덕트를 구비하며, 덕트의 내부에는 유동 제한 판이 이격된 방식으로 배치된다. 각각의 유동 제한 판은 오리피스를 포함하는 바, 이 오리피스는 덕트의 내측 벽 표면에 인접하게 배치되며 인접한 판내의 오리피스와 정렬되지는 않는다. 측면 대 측면(side-to-side) 유동 형식은 내측 벽 표면에 대한 오리피스의 위치와 그리고 덕트내의 외부 이물질 축적을 억제하는 인접한 판들내의 오리피스들간의 엇갈린 정렬에 의해서 형성된다.

Description

자동 세척 오그멘터 연료 배수 계량장치 및 유체 유동 계량장치
본 발명은 통상적으로 가스 터빈 오그멘터 연료 제어기에 관한 것으로, 특히 연료 배수 계량장치에 관한 것이다.
증대된 가스 터빈 엔진에 있어서, 연료는 코어 가스 유동내로 도입되고 터빈 섹션의 후미에서 연소되어서 추가의 추력을 제공한다.
오그멘터 연료 펌프는 오그멘터 연료 제어기에 가압 연료를 공급하며, 이 오그멘터 연료 제어기는 연료를 터빈의 코어 가스 유동 경로 후미 내부에 위치한 복수의 스프레이 링, 바, 노즐 등에 분배한다.
코어 가스 유동 경로 내부의 스프레이 링 위치는 연료 분배의 균일성을 증대시키는 요소이다.
코어 가스 유동 경로 내부에 위치한 스프레이 링은 터빈에서 나가는 코어 가스 유동에 의해 만들어진 열 환경에 견뎌야만 한다.
오그멘터 수요가 제거된 후에 연료가 스프레이 링내에 장시간 남아있으면 비등되어서 바람직하지 않은 "코크(coke)" 침전물을 남길 것이다. 이 코크 침점물은 스프레이 링 내부의 밸브를 막히게 하거나 및/또는 연료 제어기에 스프레이 링을 연결하는 연관작업(plumbing)을 방해할 수 있다. 코크 침전을 방지하기 위해서, 스프레이 링에는 연료 덤핑용 배수장치가 제공된다. 통상적으로 배수장치는 연료 제어기와 오그멘터의 내부 사이에 연장되며, 여기서 연료는 엔진에서 유출하는 코어가스 유동에 의해서 멀리 이동된다. 연료 펌프에 의해 가압된 스프레이 링 내부의 연료와 덤프 포인트(dump point)에 인접한 오그멘터 내부의 정압간의 압력차에 따라 나머지 연료가 스프레이 링으로부터 가압된다.
바람직하지 않은 코킹(coking)을 피하기 위해서, 연료를 가능한 한 신속히 방출하는 것이 바람직하다. 공교롭게도, 연료가 높은 유량(high flow rate)으로 방출하면 연료를 엔진의 노즐에서 유출하는 가시적 조짐(검은 스모그)(black smoke)을 남기는 원인이 되며, 이러한 가시적인 조짐은 대부분의 적용에 대해 적합하지 않게 된다.
연료 배수 장치 내부에 배치된 유체 유동 계량장치는 배수 연료의 유량을 계량하며 조짐 흔적을 방지한다.
종래 기술의 유동 계량장치는 바람직하지 않은 조짐 흔적을 방지하는 허용 가능한 최대의 유량을 제공할 수 있는 크기로 된 오리피스를 갖는 플러그를 포함한다.
이러한 접근에서의 문제점은 스프레이 링으로부터 제거되는 코크 입자(coke particles)가 종종 플러그 오리피스의 직경만큼 크거나 또는 이보다 더 크다는 것이다.
유체의 유동에 의해 오리피스에 유입된 입자는 플러그를 통하는 유체의 유동을 방해하거나 또는 멈추게 함으로써, 스프레이 링으로부터 연료의 배수를 느리게 하거나 또는 방해하여 연료가 스프레이 링내에 보다 오래동안 머무르게 하는 원인이 된다
유체 체적 유동을 정확하게 계량하며, 막힘없이 외부 이물질을 수용할 수 있고, 또 외부 이물질이 흡입되는 경우에도 자동 세척하는 유동 계량장치가 요구된다.
따라서, 본 발명의 목적은 유체 체적 유동을 정확하게 계량하는 유동 계량장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 외부 입자들을 막힘없이 수용할 수 있는 유동 계량장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 입자들이 흡입되는 경우에도 자동 세척하는 유동 계량장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 본체 및 복수의 유동 제한 판을 포함하는 유체 유동 계량 장치가 제공된다.
덕트는 본체를 통해 연장되며 유동 제한 판은 덕트 내부에 이격되어 배치된다. 유동 제한 판들 사이의 공간은 챔버로 언급된다.
각각의 유동 제한 판은 덕트의 오리피스를 포함하는 바, 이 오리피스는 내부 벽 표면에 인접하게 위치하며 인접 판내의 오리피스와 엇갈리게 된다.
측면 대 측면 유동 형식은 덕트의 내부 벽 표면에 대한 오리피스의 위치와 인접 판내의 오리피스들 간의 엇갈린 정렬에 의해서 형성된다.
측면 대 측면 유동 형식은 챔버를 긁어냄으로써 유동 계량장치 내부에 외부 이물질의 축적을 방지한다.
본 발명의 명백한 이점중에 하나는 종래 기술의 장치를 사용하는 것보다 외부 이물질의 큰 조각을 유동 계량장치의 막힘없이 흡입할 수 있다는데 있다.
유체 유동을 계량하기 위한 단일 오리피스에 따른 종래의 유동 계량장치는 오리피스의 직경보다 큰 이물질 입자를 견딜 수 없었다.
다른 수단에 의한 본 발명은 대체로 큰 오리피스를 사용하는 동안, 전술한 고정된 오리피스 장치로서 동일한 유동 계량을 제공할 수 있다.
본 발명 실시예의 대체로 보다 큰 오리피스는 이물질의 입자보다 크며, 그것에 의해 많은 경우에 막힘을 피한다.
본 발명의 다른 이점은 유체 유동 계량장치가 이물질의 입자가 흡입될 경우 자동 세척을 위한 수단을 포함한다는 것이다.
일부 종래 기술의 계량장치는 결국 제한하거나 또는 유동을 막는 외부 이물질의 축적을 허용한다.
다른 수단에 의한 본 발명은 서로 이격된 유동 제한 판을 포함하며, 각각의 오리피스는 덕트의 내부 벽에 인접하게 위치하며, 인접한 오리피스와 정렬되지 않는다.
이와 함께, 이러한 이점은 내부 측면 대 측면 유체 유동 형식을 만든다.
측면 대 측면 유동 형식은 유동 제한 판과 덕트의 내부 벽 표면 사이에 형성된 코너내에 유동 와류를 촉진한다.
측면 대 측면 유동 형식 및 촉진된 와류는 유동 제한 판 사이에 형성된 챔버를 긁으며, 덕트 내부에 외부 이물질의 축적을 방지한다.
그러므로, 본 발명은 "자동 세척"으로 기술할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 목적들과 특징 및 이점은 첨부 도면에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상세한 설명을 통하여 명백하게 나타날 것이다.
제1도는 가스 터빈 엔진의 개략도.
제2도는 가스 터빈 엔진 오그멘터의 일부를 나타낸 개략도.
제3도는 본 발명의 실시예에 따른 유동 계량장치의 단면도.
제4도는 본 발명에 따른 유동 계량장치 내부의 측면 대 측면 유체 유동 경로를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10：엔진 50：유동 제한 판
51：코너 52：결합용 수단
54：덕트 55：유동 경로
56：오리피스 57：챔버
제1도를 참조하면, 가스 터빈 엔진(10)은 팬 섹션(12)과, 저압 압축기(14)와, 고압 압축기(16)와, 연소기(18)와, 저압 터빈(20)과, 고압 터빈(22)과, 오그멘터(24)와, 노즐(26)을 포함한다.
팬 섹션(12) 및 저압 압축기(14)는 서로간에 연결되며 저압 터빈(20)에 의해 구동된다.
고압 압축기(16)는 고압 터빈(22)에 의해 구동된다.
팬 섹션(12)에 의해 작동된 공기는 "코어 가스 유동"으로서 저압 압축기에 유입되거나 또는 "바이패스 공기"로서 엔진 코어의 외측 통로(27)에 유입된다.
제2도를 참조하면, 오그멘터(24)는 오그멘터 연료 펌프(28)와, 오그멘터 연료 제어기(30)와, 연료를 분배하기 위한 수단(32) 및 플래임 홀더(34)를 포함한다.
이 오그멘터 연료 펌프(28) 및 제어기(30)는 오그멘터(24)와 인접한 엔진(10)의 외측 표면에 부착된다.
연료를 분배하기 위한 수단(32)은 코어 가스 유동 경로(38) 내부에 복수의 스프레이 링(36)을 포함한다.
당업자라면 스프레이 바, 노즐 등(도시하지 않음)이 스프레이 링(36)을 대신하여 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
이 플래임 홀더(34)는 스프레이 링(36)의 코어 가스 유동 경로(38) 하류에 배치된 공기역학적 절벽의 본체이다. 점화 수단(도시하지 않음)은 보통 플래임 홀더(34)의 하류 측면에 인접하게 배치된다.
연관(40)은 오그멘터 연료 펌프(28)와 연료 제어기(30) 및 연료 제어기와 스프레이 링(36)에 연결된다.
오그멘터 연료 제어기(30)는 연료 배수 계량장치(44)를 수용하기 위한 배수 포트(42)를 포함한다.
피팅(70)에 의해 연료 배수 계량장치(44)와 연결된 배수 라인(46)은 계량장치(44)와 스프레이 링(36)에 인접한 코어 가스 유동 경로(38) 사이에 연장된다.
제3도 및 제4도를 참조하면, 연료 배수 계량장치(44)는 복수의 유동 제한 판(50)을 구비한 본체(48)와 결합용 수단(52)을 포함한다.
이 본체(48)는 본체(48)에 대해 횡방향으로 연장된 덕트(54)를 구비한다. 바람직한 실시예에 따르면, 이 본체(48) 및 덕트(54)는 원통형으로 형성된다.
이 유동 제한 판(50)은 덕트(54)내에 배치된다.
덕트는 서로간에 등간격으로 이격되어 챔버(57)를 형성한다.
코너(51)는 유동 제한 판(50)과 덕트(54)의 내부 벽 표면(62) 사이에 형성된다.
결합용 수단(52)은 제1수나사 섹션(64)과, 제2수나사 섹션(66) 및 헥스 머리(68)를 포함한다.
제1수나사 섹션(64)은 오그멘터 연료 제어기(30)안으로 체결되며 피팅(70)(제2도에 도시됨)은 제2수나사 섹션(66)에서 배수 라인(46)에 결합된다.
각각의 유동 제한 판(50)은 보다 큰 외부 이물질을 미리 막는 통로를 허용하는 크기의 오리피스(56)를 구비한다.
이 오리피스는 덕트(54)의 내부 벽 표면(62)에 인접한 각 판(50)에 위치한다.
각각의 오리피스(56)는 판(50)에 인접한 각각의 오리피스(56)와 또한 정렬되지 않는다.
본 실시예의 바람직한 형태에 따르면, 이 오리피스(56)는 각각 같은 직경을 구비한 원형이며, 그리고 인접한 오리피스(56)로부터 180 로 정렬되지 않는다.
제2도를 참조하여 상기 장치의 작동을 보면, 연료는 일반적으로 엔진(10)에 의해 추가로 제공되는 추력을 제공하는 증대되는 비행 동안 오그멘터(24)에 공급된다.
오그멘터 연료 펌프(28)는 오그멘터 연료 제어기(30)에 고압("Paug")에서 상기 요구의 연료를 제공한다. 이 오그멘터 열료 제어기(30)는 누출 및/또는 플럼빙 손실에 의해 떨어지는 저압으로서, 동일한 압력(Paug)으로 스프레이 링(36)에 연료를 분배한다.
대체로 이 연료는 스프레이 링(36)에 채워지거나 압력을 가하게 된다.
대체로 점화기(도시하지 않음)는 연료를 점화하며 코어 가스는 통상적으로 연료 공급이 없어질 때까지 남아있는 혼합물을 유동한다.
스프레이 링(36)에 인접한 오그멘터(24)내의 정압은 기호("Pstat")에 의해 바람직하게 될 수 있다.
증대하의 스프레이 링(36)내의 연료 압력은 스프레이(36)에 인접한 오그멘터(24) 내부의 정압보다 크게 된다(Paug≫ Pstat).
오그멘터 수요가 제거될 때, 오그멘터 연료 펌프(28)는 오그멘터 연료 제어기(30)에 연료 공급을 멈추며, 밸브(도시하지 않음)는 폐쇄된 스프레이 링(36) 내부에 배치된다.
이러한 점에서, 이 오그멘터 연료 제어기(30)와, 제어기(30)와 스프레이 링(36) 사이의 연관(40)과, 스프레이 링(36)은 오그멘터 연료 펌프(28)(Paug)에 의해 생성되는 압력에, 또는 가깝게, 연료로 채워진다.
이와 동시에, 또는 약간 후에, 배수 밸브(도시하지 않음)는 개방되는 오그멘터 연료 제어기(30) 내부에 배치되며, 제어기(30)와, 연관(40)과, 연료 배수 계량장치(44) 및 배수 라인(46)을 거치는 스프레이 링(36)에 유출되는 연료를 가압함을 허용한다.
이 연료 배수 계량장치(44)는 스프레이 링(36)과, 제어기(30)와, 연관(40)에 유출되는 연료의 유동을 방해하며, 이것에 의해 코어 가스 유동내로 연료 배수의 체적 유동율을 제한한다.
계량장치(44)를 통한 유동율은 계량장치(44)의 물리적인 특징과, 계량장치(44)를 관통하는 연료의 물리적인 성질과, 계량장치(44)와 유체 작동의 환경에 의존한다.
최선의 경우로서, 연료와 환경의 물리적 성질은 계량장치(44)의 물리적인 특성으로 결정될 때에 고려된다.
제3도 및 제4도를 참조하면, 본 발명에서, 덕트(54) 내부의 유동 제한 판(50)의 거리와, 판(50) 내부의 오리피스(56) 위치와, 인접한 오리피스(56) 사이의 중심이 정렬되지 않음은 계량장치(44)를 통해 측면 대 측면 유동 경로(55)에 의해 만들어진다.
측면 대 측면 유동 경로(55)는, 제4도에 도시된 바와 같이, 코너(51)에서 유체내의 와류(53)를 만들어내며, 이 코너(51)는 계량장치(44) 내부에 외부 이물질이 쌓이거나 및/또는 축적되는 것을 방지하도록 해준다. 판(50) 사이의 각각 폐쇄된 간격은 모든 챔버 코너(51)내에서 일반적인 와류(53)로서 오리피스(56)에서 오리피스(56)까지 방사상으로 이동하는 유동으로 제거하는 방법에 의해 유동이 와류로 된다. 판(50) 사이의 너무 큰 간격은 인접한 오리피스(56) 사이에서 측면 대 측면 유동 경로(55)내의 내부 속도가 감소될 것이다.
상기에서 전술한 측면 대 측면 유동 경로(55) 및 와류(53)를 만들기 위해 요구되는 유동 제한 판(50)의 정확한 간격은 실시의 작동 상태(즉, 온도, 교차 압력의 차이, 사용되는 유체, 유체의 점도등)에 의존하며, 경험적으로 결정될 수 있다.
연료 배수 계량장치(44)를 통해 작동되는 연료의 압력 변화(Paug-Pstat=△P)는 연료 배수로서 사라진다.
이와 동시에, 스프레이 링(36) 내부에 남아있는 연료는 스프레이 링(36)을 통과하는 코어 가스 유동으로부터 더 많은 열에너지를 흡수한다.
만약 유효한 열에너지가 전달되면, 연료는 증발되기 시작할 것이며, 그것에 의해 스프레이 링(36) 내부의 압력은 계량장치(44) 및 배수 라인(46)을 통해 연료를 또다시 작동한다.
결국, 압력은 스프레이 링(36) 및 배수 라인(46)이 코어 가스 유동 안으로 연료를 떨어뜨리는 오그멘터(24)에서 동등하게 된다.
본 발명은 상세한 실시예에 따라 도시하고 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 정신 및 관점내에서 형상 및 설명이 다양하게 변화되는 것을 이해할 수 있는 것이다.
예를 들면, 제3도 및 제4도는 7개의 유동 제한 판(50)을 구비한 계량장치(44)를 도시한 것이다.
다른 실시예에 따르면, 제한 판(50)의 숫자는 다양하게 될 수 있다.
본 발명의 장치는 유체 체적 유동을 정확하게 계량하며, 막힘없이 외부 이물질을 공급할 수 있고, 외부 이물질이 흡입될 경우에 자동 세척할 수 있다.

Claims (12)

  1. 내부 벽 표면을 갖는 덕트를 구비한 본체와, 상기 덕트내에 서로 이격되게 배치된 복수의 유동 제한 판을 포함하되, 상기 각각의 유동 제한 판은 오리피스를 포함하며, 각각의 상기 오리피스는 상기 덕트의 상기 내부 벽 표면에 인접하게 위치하며, 상기 오리피스는 인접한 판내의 오리피스와 엇갈리게 정렬되어서, 상기 덕트를 통하여 연료 유동을 위한 측면 대 측면 유동 경로를 형성하며, 상기 덕트를 통한 상기 측면 대 측면 유동 경로는 상기 덕트 내부에 외부 이물질이 쌓이는 것을 방지하는 자동 세척 오그멘터 연료 배수 계량장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유동 제한 판은 서로간에 동일한 간격으로 이격되는 자동 세척 오그멘터 연료 배수 계량장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 유동 제한 판과 상기 덕트의 상기 내부 벽 표면 사이에 형성된 코너를 더 포함하되, 인접한 계량 판들 사이의 상기 간격은 연료가 상기 오리피스를 통해 상기 덕트 내부의 상기 측면 대 측면 유동 경로를 따를 때에 상기 연료 유동내의 와류가 상기 코너에 유지되도록 제공하되, 상기 와류는 상기 덕트 내에 외부 이물질이 축적되는 것을 방지하는 자동 세척 오그멘터 연료 배수 계량장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 오리피스는 인접한 오리피스와 180 로 정렬되지 않는 자동 세척 오그멘터 연료 배수 계량장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 오리피스는 원통형으로 형성된 자동 세척 오그멘터 연료 배수 계량장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 오리피스는 동일한 직경을 가지는 자동 세척 오그멘터 연료 배수 계량장치.
  7. 내부 벽 표면을 갖는 덕트를 구비한 본체와, 상기 덕트내에 서로 이격되게 배치되는 복수의 유동 제한 판을 포함하되, 각각의 상기 유동 제한 판은 오리피스를 포함하며, 각각의 상기 오리피스는 상기 덕트의 내부 벽 표면에 인접하며, 상기 오리피스는 인접한 판의 오리피스와 엇갈리게 정렬되어서, 상기 덕트를 통하여 측면 대 측면 유동 경로를 형성하며, 상기 덕트를 통하는 상기 측면 대 측면 유동 경로는 상기 덕트 내에 외부 이물질의 축적을 방지하는 유체 유동 계량장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 유동 제한 판은 서로 동일한 간격으로 이격되는 유체 유동 계량장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 유동 제한 판과 상기 덕트의 내부 벽 표면 사이에 형성된 코너를 더 포함하되, 인접한 상기 계량 판 사이의 상기 간격은 연료가 상기 덕트 내의 상기 측면 대 측면 유동 경로를 따를 때에 상기 유체 유동내의 와류가 상기 코너에 유지되도록 제공되며, 상기 와류는 상기 덕트 내에 외부 이물질의 축적을 방지하는 유체 유동 계량장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 오리피스는 인접한 오리피스로부터 180。로 엇갈리게 정렬되는 유체 유동 계량장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 오리피스는 원통형으로 형성된 유체 유동 계량장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 오리피스는 동일한 직경을 가지는 유체 유동 계량장치.
    ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.
KR1019970036021A 1996-07-31 1997-07-30 자동세척오그멘터연료드레인계량장치및유체유동계량장치 KR100545605B1 (ko)

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