KR100781151B1 - 가스 터빈 엔진의 오일탱크 및 이를 구비한 윤활 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 터빈 엔진에 있어, 윤활 오일을 냉각시키기 위한 냉각기를 외부에 별도로 설치할 필요없이 오일탱크 자체에서 오일의 냉각이 이루어질 수 있도록 하여, 무게를 감소시키고, 설치공간을 보다 유리하게 확보할 수 있도록 하기 위한 것으로, 본 발명은 윤활 오일이 저장되는 주 탱크부와, 상기 주 탱크부로 오일이 유입되는 유입관과, 상기 주 탱크부로부터 오일이 유출되는 유출관과, 상기 주 탱크부 내부를 지나도록 배설되는 적어도 하나 이상의 연료 흐름관을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 가스 터빈 엔진의 오일탱크 및 이를 구비한 가스 터빈 엔진의 윤활시스템에 관한 것이다.

Description

가스 터빈 엔진의 오일탱크 및 이를 구비한 윤활 시스템{Oil tank for gas turbine engine and lubricating system therewith}

도 1은 본 발명의 오일탱크를 구비한 가스 터빈 엔진의 윤활 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가스 터빈 엔진의 오일탱크를 나타내는 사시도.

도 3은 도 2의 A-A'에 대한 단면도.

도 4는 도 2의 B-B'에 대한 단면도.

도 5는 도 2의 오일탱크 내에서 열교환이 이루어지는 상태를 나타내는 작동상태도.

〈도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명〉

100: 오일탱크 110: 주 탱크부

112: 유입관 114: 유출관

120: 연료 흐름관 130: 보조 탱크부

132: 연료 유입관 134: 연료 유출관

136: 격벽 200: 오일 펌프

300: 오일 필터 400: 오일 순환부

510,520,530: 기계 부품

본 발명은 가스 터빈 엔진의 윤활 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 가스 터빈 엔진의 각 기계부품으로 공급되는 윤활 오일이 저장되는 탱크에서 오일을 냉각시켜 줄 수 있도록 형성된 오일 탱크를 구비한 윤활 시스템에 관한 것이다.

통상적으로 가스 터빈 엔진은 항공기용 엔진과 산업용 엔진 등으로 사용되며, 압축부에서 압축된 공기에 연료를 혼합한 후 연소시킴으로써 추진력 또는 동력을 얻는다.

그런데, 이러한 가스 터빈 엔진은 고압의 공기에 연료를 혼합하고 연소시키기 때문에, 고온 고압의 부위가 존재하며, 특히 각종 베어링 부재와 실링부 등에는 외부 요인 특히 터빈부의 영향으로 운전기간동안 고온상태가 유지된다.

이러한 베어링 및 실링부 등 윤활이 필요한 부위에 윤활 오일이 공급되는 데, 가스 터빈 엔진에 있어 이러한 윤활시스템은 대개 윤활을 마친 오일을 다시 오일탱크로 회수하여 순환될 수 있도록 한다.

가스 터빈 엔진의 윤활시스템은 대개 다음과 같다.

곧, 윤활 오일이 저장되어 있는 오일탱크로부터 시동펌프 및 메인 펌프를 통해 오일이 펌핑되어, 오일 필터에서 여과되고, 이것이 오일 냉각기로 공급되어 냉각된다. 냉각된 오일은 가스 터빈 엔진의 각 베어링 및 실링부 등 기계부품에 공급 되어지고, 윤활이 끝난 오일은 썸프(sump)와 같은 저장조로 모이게 된다. 여기서 다시 회수 펌프에 의해 오일 탱크로 회수되게 된다.

이러한 구성으로 이루어진 가스 터빈 엔진의 윤활시스템에 있어, 오일은 계속해서 순환되는 데, 이 오일이 기계부품 등에서 윤활이 끝나게 되면 그 부품부의 고온 상태로 말미암아 온도가 상승하게 된다. 따라서, 이렇게 온도가 상승된 오일을 회수하여 다시 공급하기 위해서는 냉각기를 통해 오일의 온도를 낮추어줄 필요가 있다.

이렇게 순환형 윤활시스템에서 사용한 오일의 온도를 낮추는 역할을 하기 위해 냉각기가 사용되며, 이 냉각기에서 오일과 열교환을 이루는 매체로서 엔진의 연료가 사용된다.

그런데, 이렇게 열교환을 이루는 냉각기가 장착되기 위해서는 이를 위한 별도의 공간이 필요하게 되며, 이 냉각기로 연통되는 다수의 관들 및 밸브등이 더 구비되어야 하기 때문에 장착 공간 및 무게 면에서 불리하게 된다.

특히, 항공기용 가스터빈 엔진의 경우에는 무게를 더욱 줄이도록 하는 것이 관건이 되며, 또한 그 설치 공간에 있어서도 제약을 받게 되는 한계가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 오일을 냉각시키기 위한 냉각기를 외부에 별도로 설치할 필요없이 오일탱크 자체에서 오일의 냉각이 이루어질 수 있도록 하여, 무게를 감소시키고, 설치공간을 보다 유리하게 확보할 수 있는 가스 터빈 엔진의 오일탱크 및 이를 구비한 윤활시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 윤활 오일이 저장되는 주 탱크부와, 상기 주 탱크부로 오일이 유입되는 유입관과, 상기 주 탱크부로부터 오일이 유출되는 유출관과, 상기 주 탱크부 내부를 지나도록 배설되는 적어도 하나 이상의 연료 흐름관을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 가스 터빈 엔진의 오일탱크를 제공한다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 주 탱크부의 적어도 일측에는 외부에서 연료가 유입 및 유출되도록 연료 유입관 및 연료 유출관이 구비된 보조 탱크부가 설치되고, 상기 연료 흐름관은 상기 보조 탱크부와 연통되도록 형성될 수 있으며, 이 때, 상기 보조 탱크부에는 상기 보조 탱크부에는 그 내부 공간을 분할하는 적어도 하나 이상의 격벽이 형성되어, 상기 보조 탱크부와 상기 연료 흐름관을 통과하는 연료에 다단계의 경로를 설정하도록 할 수 있다.

본 발명은 또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 윤활 오일이 저장되고, 적어도 하나 이상의 연료 흐름관이 내부를 지나도록 배설되어 있는 오일탱크와 상기 오일탱크로부터 오일을 가스 터빈 엔진의 기계부품으로 공급하는 적어도 하나 이상의 오일펌프와, 상기 오일을 필터링하는 적어도 하나 이상의 오일 필터와, 상기 기계부품으로 공급되어 윤활을 마친 오일을 회수하여 상기 오일탱크로 회송시키는 오일 순환부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 가스 터빈 엔진의 윤활시스템을 제공한다.

이 때, 상기 오일탱크에는 보조 탱크부가 설치되고, 상기 연료 흐름관은 상기 보조 탱크부와 연통되도록 형성되도록 할 수 있으며, 상기 보조 탱크부에는 그 내부 공간을 분할하는 적어도 하나 이상의 격벽이 형성되어, 상기 보조 탱크부와 상기 연료 흐름관을 통과하는 연료에 다단계의 경로를 설정하도록 할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 하기 설명될 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스 터빈 엔진의 윤활 시스템 및 오일탱크는 항공기용 가스 터빈 엔진을 예로서 설명한 것이며, 이러한 기술적 사상은 산업용 가스 터빈 엔진에도 동일하게 적용시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 항공기용 가스 터빈 엔진의 윤활 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.

그림에서 볼 수 있는 바와 같이, 항공기용 가스 터빈 엔진의 윤활 시스템은 윤활 오일이 저장 및 공급되는 오일탱크(100), 오일 펌프(200), 오일 필터(300) 및 오일 순환부(400)를 포함하여 이루어진다. 곧, 오일 펌프(200)로부터 오일 탱크(100)의 오일을 펌핑하여 이 오일을 오일 필터(300)를 거쳐 윤활이 필요한 각 기계부품들(510)(520)(530)로 공급하고, 윤활이 끝난 오일을 오일 순환부(400)를 통해 다시 오일탱크(100)로 회수하는 것이다.

이 때, 상기 오일탱크(100) 내에는 연료 흐름관(120)이 탱크 내부를 지나도록 배설되어 오일 탱크(100) 내의 오일과 연료 흐름관(120) 내의 연료가 열교환을 이룰 수 있도록 한다. 따라서, 이러한 오일 탱크(100)를 구비한 윤활 시스템에서는 별도의 냉각기를 구비할 필요가 없게 된다.

또한 본 발명의 윤활 시스템에 있어서, 오일 펌프(200)는 적어도 하나 이상 구비될 수 있는 데, 모터의 동력을 이용하는 시동 펌프와 엔진의 축과 연동되어 축동력을 이용하는 메인 펌프 등으로 구비될 수 있다.

그리고, 윤활 오일을 여과시키는 오일 필터(300)도 적어도 하나 이상 구비할 수 있다.

본 발명의 윤활 시스템에 있어, 오일 순환부(400)는 윤활작용을 마친 오일이 일시 저장되는 썸프(sump)와 여기서 다시 오일 탱크(100)로 오일을 회송시키는 회송 펌프를 포함하여 이루어질 수 있다.

이렇게 오일을 냉각시키는 기능을 겸비한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 오일 탱크(100)는 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 윤활 오일이 저장되는 주 탱크부(110)와 주 탱크부(110) 내에서 오일을 냉각시키는 연료 흐름관(120)을 갖는다.

주 탱크부(110)는 오일이 저장되고, 이 오일을 오일 펌프로 공급시키기 위한 것으로, 그 형상은 오일 탱크가 설치되는 공간에 맞추어 다양하게 변경될 수 있다. 그림과 같은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 오일 탱크는 그 형상이 항공기용 가스 터빈 엔진에 탑재될 수 있도록 반원형으로 이루어져 있다.

주 탱크부(110)에는 상부에 오일이 탱크 내로 유입될 수 있도록 유입관(112)이 설치되며, 하부에는 오일의 유출을 위한 유출관(114)이 설치된다. 이 유출관(114)은 그림과 같이 주 탱크부(110)의 저면부로부터 오일을 오일 펌프로 공급될 수 있도록 주 탱크부(110)의 최하부에 설치하는 것이 바람직하며, 관상으로 형성되어 주 탱크부(110) 심부에 삽입되도록 설치될 수 있다.

이 주 탱크부(110)의 내부에는 그 내부를 가로지르도록 적어도 하나 이상의 연료 흐름관(120)이 배설된다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 도 3의 단면도에서 볼 수 있듯이, 복수개의 미세한 연료 흐름관(120)이 주 탱크부(110)에 배설되도록 한다.

이 때, 이들 연료 흐름관은 외부의 연료 라인으로부터 분기되어 주 탱크부로 배치되고, 다시 주 탱크부 외부에서 합치되어 빠져나갈 수도 있으나, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 오일 탱크(100)에서는 도 2와 같이 별도의 보조 탱크부(130)(130')를 이용해 연료가 주 탱크부(110)로 공급되도록 한다.

곧, 주 탱크부(110)의 적어도 일측, 바람직하게는 양측에 보조 탱크부(130)(130')를 설치하고, 이 보조 탱크부(130)(130')로부터 연료 흐름관(120)으로 연료가 흘러 들어갈 수 있도록 서로 연통되도록 한다.

또한, 보조 탱크부(130)(130')에는 양단으로 각각 연료 유입관(132)과 연료 유출관(134)을 설치하여 보조 탱크부(130)로 연료가 유입 및 유출될 수 있도록 한다. 따라서, 도 4에서 볼 수 있듯이, 주 탱크부(110) 일측에 설치된 보조 탱크부(130)로 공급된 연료는 여기서 다시 연료 흐름관(120)을 통해 반대측에 설치된 보조 탱크부(130')로 공급되면서 오일과 열교환을 일으켜 오일을 냉각시키게 된다. 연료 유입관(132)과 연료 유출관(134)은 열교환을 이루는 연료의 흐름에 따라 그 설치 위치를 달리 할 수 있는 데, 하나의 보조 탱크부(130)에 연료 유입관(132)과 연료 유출관(134)이 모두 설치될 수 있다.

이렇게 보조 탱크부(130)(130')가 구비되어 이를 통해 연료를 공급하여 오일을 냉각시키는 구조에 있어서는 도 5에서 볼 수 있듯이, 서로 대향하여 배치된 보조 탱크부(130)(130')에 복수의 격벽(136)을 형성시켜 냉매로 사용되는 오일에 다단계의 경로를 부여할 수 있다. 곧, 연료 유입관(132)을 통해 일측 보조 탱크부(130)로 유입된 연료는 이 보조 탱크부(130)와 타측 보조 탱크부(130')에 형성된 격벽(136)에 의해 흐름이 부분적으로 차단되어 다단계의 경로를 가질 수 있게 되는 것이며, 이렇게 다단 경로를 이루며 오일 탱크(100)의 주 탱크부(110)를 통과하기 때문에 오일을 냉각시키는 효율이 상승하게 된다.

다음으로, 상기와 같은 구성을 가진 오일 탱크(100)의 작용을 설명한다.

먼저, 윤활유로 사용되는 오일은 상부의 유입관(112)을 통해 주 탱크부(110)로 유입되어 탱크 내에 저장되며, 하부의 유출관(114)을 통해 오일 펌프로 공급된다.

그리고, 오일을 냉각시키기 위한 연료는 연료 유입관(132)을 통해 일측 보조 탱크부(130)로 유입되어 연료 흐름관(120)을 통과하면서 주 탱크부(110)의 오일을 냉각시킨다. 연료 흐름관(120)을 통해 타측의 보조 탱크부(130')로 유입된 연료는 격벽(136)에 그 흐름이 차단되어 다시 반대측 보조 탱크부(130)로 유입되고, 같은 방식으로 연료는 지그재그 형태로 양측 보조 탱크부들(130)(130')을 순환하면서 연료를 냉각시키고, 최종적으로 연료 유출관(134)을 통해 유출된다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 그로부터 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.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 별도의 냉각기를 구비할 필요가 없어 엔진 무게를 줄일 수 있으며, 설치 공간에 제약을 덜 받게 된다.

둘째, 오일을 직접 탱크 내에서 냉각시키므로, 펌프에 저온의 오일을 공급할 수 있어 펌프에 무리를 주지 않게 된다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 윤활 오일이 저장되는 주 탱크부;

   상기 주 탱크부로 오일이 유입되는 유입관;

   상기 주 탱크부로부터 오일이 유출되는 유출관; 및

   상기 주 탱크부 내부를 지나도록 배설되는 적어도 하나 이상의 연료 흐름관;을 포함하고,

   상기 주 탱크부의 적어도 일측에는 외부에서 연료가 유입 및 유출되도록 연료 유입관 및 연료 유출관이 구비된 보조 탱크부가 설치되고, 상기 연료 흐름관은 상기 보조 탱크부와 연통되도록 형성된 것을 특징으로 하는 가스 터빈 엔진의 오일탱크.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 보조 탱크부에는 그 내부 공간을 분할하는 적어도 하나 이상의 격벽이 형성되어, 상기 보조 탱크부와 상기 연료 흐름관을 통과하는 연료에 다단계의 경로를 설정하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 엔진의 오일탱크.
4. 삭제
5. 윤활 오일이 저장되고, 적어도 하나 이상의 연료 흐름관이 내부를 지나도록 배설되어 있는 오일탱크;

   상기 오일탱크로부터 오일을 가스 터빈 엔진의 기계부품으로 공급하는 적어도 하나 이상의 오일펌프;

   상기 오일을 필터링하는 적어도 하나 이상의 오일 필터; 및

   상기 기계부품으로 공급되어 윤활을 마친 오일을 회수하여 상기 오일탱크로 회송시키는 오일 순환부를 포함하고,

   상기 오일탱크에는 보조 탱크부가 설치되고, 상기 연료 흐름관은 상기 보조 탱크부와 연통되도록 형성된 것을 특징으로 하는 가스 터빈 엔진의 윤활시스템.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 보조 탱크부에는 그 내부 공간을 분할하는 적어도 하나 이상의 격벽이 형성되어, 상기 보조 탱크부와 상기 연료 흐름관을 통과하는 연료에 다단계의 경로를 설정하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 엔진의 윤활시스템.

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