KR100726759B1 - 개스 터빈 엔진의 윤활유 공급 장치 및, 방법 - Google Patents

개스 터빈 엔진의 윤활유 공급 장치 및, 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 개스 터빈 엔진의 하부에 설치되는 윤활유 탱크와; 상기 윤활유 탱크의 윤활유를 펌핑하여 가압 송출하는 펌프와; 상기 윤활유를 여과시키는 메인 필터와; 상기 메인 필터를 통해 여과된 윤활유를 냉각시켜서 주 공급로를 통해서 공급하는 윤활유 냉각기와; 상기 윤활유의 주 공급로에서 분기된 것으로, 상기 개스 터빈 엔진의 후방 베어링에 윤활유를 공급하도록 형성된 후방 베어링 공급로를 개폐하도록 설치된 솔레노이드 밸브와; 상기 솔레노이드 밸브를 제어 가능하게 개폐하는 제어부;를 구비하는 개스 터빈 엔진의 윤활유 공급 장치가 제공된다.

Description

개스 터빈 엔진의 윤활유 공급 장치 및, 방법{Apparatus and method for providing gas turbine engine with lubricant}
도 1은 통상적인 개스 터빈 엔진의 윤활유 공급 장치에 대한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 개스 터빈 엔진의 윤활유 공급 장치에 대한 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 개스 터빈 엔진의 윤활유 공급 방법에 대한 순서도이다.
< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >
10. 개스 터빈 엔진 11. 탱크
12. 스트레이터 13. 모터
14. 시동 펌프 15. 메인 필터
16. 윤활유 냉각기 17. 주 공급로
22. 전방 베어링 공급로 23. 후방 베어링 공급로
24. 중간 베어링 공급로 31. 솔레노이드 밸브
본 발명은 개스 터빈 엔진의 윤활유 공급 장치 및, 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 개스 터빈 엔진의 후방 베어링에 대한 윤활 과정에서 발생하는 윤활유의 누설을 방지할 수 있는 윤활유 공급 장치 및, 방법에 관한 것이다.
통상적으로 개스 터빈 엔진에서 후방 베어링에 공급되는 윤활유는 압축기에서 공급되는 공기압을 이용하여 윤활유의 누설을 방지하게 된다. 즉, 윤활유의 공급 압력보다 높은 공기 압력을 형성함으로써 윤활유의 누설을 방지하게 되는 것이다. 윤활유 공급 장치를 설계하려면 가스 터빈 엔진의 각 회전수에서의 공기 압력, 유로의 형상 및, 저항, 윤활유의 점도, 윤활유 공급 압력, 리턴 라인의 유로 형상 및, 저항, 시일의 간극과 갯수등 다양한 변수를 감안하여야 한다. 더욱이, 이러한 변수들은 서로에 대하여 독립적인 것이 아니므로 여러번의 시행 착오끝에 안정된 설계를 얻을 수 있다.
개스 터빈 엔진에서는 축동력의 일부를 이용하여 윤활 장치의 펌프를 구동시키게 되며, 윤활유는 분기 유로를 통해 엔진 회전축 베어링의 여러 부분에 대하여 공급된다. 윤활유의 공급시에 특히 문제가 되는 것은 엔진 회전축의 후방 베어링에 대하여 공급된 윤활유가 누설되어 불완전 연소됨으로써 배기 가스에 매연이 섞이도록 한다는 것이다.
도 1에는 통상적인 개스 터빈 엔진의 윤활 장치에 대한 개략적인 구성도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 개스 터빈 엔진(10)의 하부에 설치된 탱크(11)에는 윤활유 가 저장되어 있으며, 상기 탱크(11)의 윤활유는 스트레이너(12)를 통해서 시동 펌프(14) 또는 메인 펌프(18)에 의해 공급된다. 시동 펌프(14)는 개스 터빈 엔진(10)의 시동시에만 작동하는 것으로서, 모터(13)의 동력을 이용하여 탱크(11)의 윤활유를 펌핑하는데 반하여, 메인 펌프(18)는 개스 터빈 엔진(10)의 회전축(미도시)과 연동되는 축(19)의 동력으로 작동하는 것이다. 시동 펌프(14) 또는 메인 펌프(18)의 동력으로 펌핑된 윤활유는 메인 필터(15)에서 여과되어 윤활유 냉각기(16)로 유입됨으로써 냉각된다. 냉각된 윤활유는 주 공급로(17)를 통해서 공급되는데, 분기점(P)에서 윤활유의 공급은 분기된다.
분기점(P)에서 분기된 윤활유는 전방 베어링 공급로(22)를 통해서 개스 터빈 엔진의 전방 베어링에 공급되고, 중간 베어링 공급로(24)를 통해서 중간 베어링으로 공급되며, 후방 베어링 공급로(23)를 통해서 후방 베어링에 공급된다. 한편, 윤활유 압력을 설정값으로 유지하기 위해서 릴리이브 밸브(20)가 상기 베어링 공급로(22,23,24)들과 병렬로 연결된다. 후방 베어링에 공급된 윤활유는 윤활유 회수로(25)를 통해서 회수된다. 도면 번호 26으로 표시된 것은 탱크(11)의 드레인 밸브이다.
위와 같은 구조를 가지는 개스 터빈 엔진의 윤활유 공급 장치에 있어서, 후방 베어링에 대한 윤활유 공급 상태는 엔진의 회전수에 따라서 그 양상이 달라진다. 개스 터빈 엔진이 정상적으로 회전할때는 공기 압축기의 압력이 충분히 높으므로 후방 베어링에 대한 윤활유의 누설이 방지될 수 있다. 개스 터빈 엔진의 시동시에는 공기 압축기의 압력이 충분히 높지 않으나, 엔진이 가열되지 않은 상태이고 윤활유의 초기 점도가 높으므로 공기 압력이 충분하지 않아도 누설을 방지할 수 있다. 그러나, 개스 터빈 엔진이 정상적인 회전수로 작동한 이후에는 윤활유의 점도가 낮아지게 되므로, 압축기의 공기 압력이 감소할 경우 공기 압력이 부족하여 윤활유의 누설 방지를 적절하게 수행할 수 없게 된다. 따라서 윤활유가 압축 공기 시일을 지나서 누설되어 배기부로 유입되므로 배기 가스와 함께 윤활유가 불완전 연소되어 매연을 발생시키는 문제점이 있다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 후방 베어링의 윤활이 적절하게 이루어질 수 있는 개스 터빈 엔진의 윤활유 공급 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 후방 베어링의 윤활을 적절하게 수행할 수 있는 개스 터빈 엔진의 윤활유 공급 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 개스 터빈 엔진의 하부에 설치되는 윤활유 탱크와; 상기 윤활유 탱크의 윤활유를 펌핑하여 가압 송출하는 펌프와; 상기 윤활유를 여과시키는 메인 필터와; 상기 메인 필터를 통해 여과된 윤활유를 냉각시켜서 주 공급로를 통해서 공급하는 윤활유 냉각기와; 상기 윤활유의 주 공급로에서 분기된 것으로, 상기 개스 터빈 엔진의 후방 베어링에 윤활유를 공급하도록 형성된 후방 베어링 공급로를 개폐하도록 설치된 솔레노이드 밸브와; 상기 솔레노이드 밸브를 제어 가능하게 개폐하는 제어부;를 구비하는 개스 터빈 엔진의 윤 활유 공급 장치가 제공된다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 솔레노이드 밸브는 상기 개스 터빈 엔진의 작동이 중지된 이후에 개스 터빈 엔진의 회전수가 설정된 회전수의 50 % 보다 작을때 폐쇄되도록 제어된다.
또한 본 발명에 따르면, 개스 터빈 엔진의 가동 여부를 판단하는 단계, 상기 개스 터빈 엔진의 가동이 중지된 이후에, 상기 개스 터빈 엔진의 회전수가 설정된 회전수의 50 % 보다 작은지의 여부를 판단하는 단계, 상기 개스 터빈 엔진의 회전수가 설정된 회전수의 50 % 보다 작을 경우 후방 베어링에 대한 윤활유 공급로에 설치된 솔레노이드 밸브를 폐쇄하는 단계, 상기 개스 터빈 엔진이 가동이 정지되고 상기 솔레노이드 밸브가 폐쇄된지 5 분이 경과하였는지의 여부를 판단하는 단계 및, 상기 엔진이 가동중이거나, 또는 상기 개스 터빈 엔진의 회전수가 설정된 엔진 회전수의 50% 보다 크거나, 또는 상기 개스 터빈 엔진의 정지되고 상기 솔레노이드 밸브가 폐쇄된 이후에 소정의 시간이 지났을 경우에 상기 솔레노이드 밸브를 개방시키는 단계를 구비하는 개스 터빈 엔진의 윤활유 공급 방법이 제공된다.
이하 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2에 도시된 것은 본 발명에 따른 개스 터빈 엔진의 윤활유 공급 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다. 도 2에 도시된 장치는 전체적으로 도 1에 도시된 장치와 유사하며, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호로써 표시하였다.
본 발명에 따른 윤활유 공급 장치에 적용된 기술적 원리는 다음과 같다. 통 상적으로 개스 터빈 엔진의 후방 베어링에서 윤활유의 누설이 발생하는 것은 엔진의 정상 운전 이후에 정지될때까지 엔진의 회전수가 정상 회전수의 약 50% 이하로 떨어졌을 경우이다. 엔진의 회전수가 정상 회전수의 약 50% 이하로 떨어지면 압축기에 공급되는 축동력도 급격하게 감소하게 되므로, 공기 압력이 저감하게 되고, 그에 따라서 윤활유의 누설이 발생하는 것이다. 한편, 엔진의 회전수가 정상 회전수의 약 50% 이하로 떨어진 상태에서 윤활유를 공급하지 않더라도, 후방 베어링은 충분한 윤활 상태를 유지한다는 점이 알려져있다. 이는 엔진 회전수가 감소된 상태에서 이미 공급된 윤활유에 의해서 윤활 분위기가 충분히 유지되기 때문이다. 본 발명은 이러한 점에 착안하여, 설정된 엔진 회전수 이하에서는 후방 베어링에 대한 윤활유의 공급을 차단하여 윤활유의 누설을 방지하는 것이다.
도 2를 참조하면, 개스 터빈 엔진(10)의 하부에 설치된 탱크(11)에 저장된 윤활유는 스트레이너(12)를 통해서 시동 펌프(14) 또는 메인 펌프(18)에 의해 공급된다. 시동 펌프(14)는 모터(13)의 동력으로써 개스 터빈 엔진(10)의 시동시에만 작동하고, 메인 펌프(18)는 개스 터빈 엔진(10)의 회전축(미도시)과 연동되는 축(19)의 동력으로 작동한다. 펌핑된 윤활유는 메인 필터(15)에서 여과되어 윤활유 냉각기(16)로 유입되며, 다시 주 공급로(17)를 통해서 공급된다.
분기점(P)에서 분기된 윤활유는 전방 베어링 공급로(22)를 통해서 개스 터빈 엔진의 전방 베어링에 공급되고, 중간 베어링 공급로(24)를 통해서 중간 베어링으로 공급되며, 후방 베어링 공급로(23)를 통해서 후방 베어링에 공급된다. 윤활유 압력을 설정값으로 유지하기 위해서 릴리이브 밸브(20)가 설치된다. 후방 베어링에 공급된 윤활유는 윤활유 회수로(25)를 통해서 회수된다. 도면 번호 26으로 표시된 것은 탱크(11)의 드레인 밸브이다.
본 발명의 특징에 따르면, 상기 후방 베어링 공급로(23)를 개폐할 수 있도록 솔레노이드 밸브(31)가 설치된다. 솔레노이드 밸브(31)는 전기적인 신호에 따라서 후방 베어링 공급로(23)를 차단하게 된다. 솔레노이드 밸브(31)를 제어하기 위해서 제어부(32)가 구비된다. 제어부(32)는 엔진 회전수에 관한 정보를 입력 받아서 솔레노이드 밸브(31)를 제어하게 되는데, 예를 들면, 정상적인 엔진 회전 이후에, 설정된 엔진 회전수보다 엔진 회전수가 낮을 경우 솔레노이드 밸브(31)를 폐쇄하여 후방 베어링에 대한 윤활유 공급을 중단시킨다.
도 3에 도시된 것은 도 2를 참조하여 설명된 개스 터빈 엔진의 윤활유 공급 장치의 작동을 설명하기 위한 순서도이다.
도면을 참조하면, 개스 터빈 엔진의 솔레노이드 밸브(31,도 2)에 대한 제어가 시작되면(단계 21), 우선 개스 터빈 엔진이 가동 상태(42)인가를 판단한다. 개스 터빈 엔진이 가동 상태이면 솔레노이드 밸브(31)는 개방 상태로 유지된다(단계 46). 한편, 개스 터빈 엔진이 가동 상태가 아니면, 개스 터빈 엔진의 현재 회전수가 임의로 설정된 정상 회전수의 50% 보다 작은지의 여부를 판단한다(단계 43). 개스 터빈 엔진의 현재 회전수가 설정 회전수의 50% 보다 크면, 솔레노이드 밸브(31)는 계속해서 밸브 개방 상태로 유지됨으로써(단계 46), 윤활유가 후방 베어링에 정상적으로 공급된다. 그러나, 개스 터빈 엔진의 현재 회전수가 설정 회전수의 50% 보다 작으면 솔레노이드 밸브(31)는 폐쇄됨으로써(단계 44) 윤활유의 공급이 중단 된다.
솔레노이드 밸브(31)가 폐쇄된 이후에는 엔진 가동이 정지된지 소정의 시간, 예를 들면 5분이 경과되었는지를 판단한다. 엔진 정지 이후에 5분이 경과되면 밸브를 개방하고(단계 46), 엔진이 정지된지 5분이 경과되기 이전에는 밸브 폐쇄 상태를 유지한다.
본 발명에 따른 개스 터빈 엔진의 윤활유 공급 장치 및, 방법은 개스 터빈 엔진의 후방 베어링에 대한 윤활유의 공급을 효과적으로 통제함으로써 윤활유의 누설이 방지되는 장점을 가진다. 윤활유의 누설이 방지됨으로써 윤활유의 소모가 줄어들고, 윤활유가 불완전 연소됨으로써 발생하는 매연을 감소시킬 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (3)

  1. 개스 터빈 엔진의 하부에 설치되는 윤활유 탱크와;
    상기 윤활유 탱크의 윤활유를 펌핑하여 가압 송출하는 펌프와;
    상기 윤활유를 여과시키는 메인 필터와;
    상기 메인 필터를 통해 여과된 윤활유를 냉각시켜서 주 공급로를 통해서 공급하는 윤활유 냉각기와;
    상기 윤활유의 주 공급로에서 분기된 것으로, 상기 개스 터빈 엔진의 후방 베어링에 윤활유를 공급하도록 형성된 후방 베어링 공급로를 개폐하도록 설치된 솔레노이드 밸브와;
    상기 솔레노이드 밸브를 제어 가능하게 개폐하는 제어부;를 구비하는 개스 터빈 엔진의 윤활유 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 솔레노이드 밸브는 상기 개스 터빈 엔진의 작동이 중지된 이후에 개스 터빈 엔진의 회전수가 설정된 회전수의 50% 보다 작을때 폐쇄되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 개스 터빈 엔진의 윤활유 공급 장치.
  3. 개스 터빈 엔진의 가동 여부를 판단하는 단계,
    상기 개스 터빈 엔진의 가동이 중지된 이후에, 상기 개스 터빈 엔진의 회전수가 설정된 회전수의 50% 보다 작은지의 여부를 판단하는 단계,
    상기 개스 터빈 엔진의 회전수가 설정된 회전수의 50% 보다 작을 경우 후방 베어링에 대한 윤활유 공급로에 설치된 솔레노이드 밸브를 폐쇄하는 단계,
    상기 개스 터빈 엔진이 가동이 정지되고 상기 솔레노이드 밸브가 폐쇄된지 5 분이 경과하였는지의 여부를 판단하는 단계 및,
    상기 엔진이 가동중이거나, 또는 상기 개스 터빈 엔진의 회전수가 설정된 엔진 회전수의 50% 보다 크거나, 또는 상기 개스 터빈 엔진의 정지되고 상기 솔레노이드 밸브가 폐쇄된 이후에 5 분이 지났을 경우에 상기 솔레노이드 밸브를 개방시키는 단계를 구비하는 개스 터빈 엔진의 윤활유 공급 방법.
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