KR100794822B1 - 가스 발전기용 배출 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 터빈 지지 쿠션 또는 베어링용 배출 시스템으로서, 특히 일련의 지지 스터드(21)에 의해 둘러싸임으로써 스터드(21)용 수용 하우징(22)에 연결되는 중앙 샤프트와, 윤활유와 냉각 오일의 유입 및 배출을 위한 터빈의 제 2 지지 베어링과 일련의 배관(24, 25)을 각각 수용하는 슬리브(23)로 구성되며, 상기 시스템은 부가적으로 제 2 지지 베어링에 접하는 위치에 제공되고 압력차를 형성하여 적절히 유지된 속도로 배출 배관(25)내에서 가압하에 오일이 통과되게 허용하는 일련의 부유 시일로 구성되는 상기 가스 터빈 베어링용 배출 시스템을 제공한다.

Description

가스 발전기용 배출 시스템{DRAINAGE SYSTEM FOR GAS TURBINE SUPPORTING BEARINGS}

본 발명은 가스 터빈의 지지 베어링용 배출 시스템에 관한 것이다.

가스 터빈은 연소기로부터 직접적으로 제공되는 가스를 사용하여 열을 일로 전환하고 기계적 힘을 회전 샤프트에 공급하는 회전 열 기계로서 일반적으로 정의된다.

가스 터빈은 통상 축류 형태(axial type)인 압축기 또는 터보 압축기로 구성되고, 그 내부에서는 외부로부터 도달된 가압 공기가 수송된다.

또한, 다양한 분사기가 연료를 공급하고, 연료는 공기-연료 분사 혼합물을 형성하기 위해 공기와 혼합된다.

축류 압축기는 전용 터빈에 의해 제어되고, 상기 터빈은 연소 챔버내의 가스 연료의 엔탈피를 변화시키는 활용기에 기계적 힘을 제공한다.

전용 터빈, 터보 압축기, 연소 챔버(또는 보일러), 기계적인 힘 출력 샤프트, 제어 시스템 및 시동 시스템은 가스 터빈 설비의 기본 부품을 구성한다.

가스 터빈의 기능에 대해서, 유동은 일련의 입구 파이프를 통해 압축기를 관통함을 알 수 있다.

이러한 배관에서, 가스는 저압 및 저온의 특성을 나타내는 동시에, 압축기를 통과할 시에 가스는 가압되어 온도가 증가한다.

그 후, 가스는 연소 챔버(또는 보일러 챔버)내로 관통하여 온도가 더욱 증가된다.

가스의 온도 증가를 위해 필요한 열은 분사기를 통해 보일러 챔버내로 유입된 액체 연료의 연소로부터 공급된다.

기계의 시동시의 연료의 점화는 스파크 플러그를 통해 얻어진다.

연소 챔버를 떠날 때의 고압 및 고온의 가스는 적절한 파이프를 통해 터빈에 도달하며, 여기에서 가스는 압축기 및 가열 챔버(연소 챔버)내에 축적된 에너지의 일부를 방출하고, 그 후 배출 운송부를 통해 외부로 유동한다.

가스에 의해 터빈으로 전달된 일은 압축기에 흡수된 것 보다 매우 크기 때문에 기계의 샤프트상에 유용하게 남아 있으며, 부속물에 의해 그리고 이동중의 기계 구성요소의 수동 저항에 의해 흡수되는 보다 작은 일인 에너지의 일부 양이 설비의 유용한 일을 구성한다.

설계의 관점에서, 축류 압축기 및 터빈의 블레이드는 2개의 베어링에 의해 지지되고 수평 평면에서 2개의 반부 셀이 만나게 일반적으로 제조된 단일 샤프트상에 장착된다.

주목되고 보급된 지지 베어링의 레이아웃은 압축기의 진입부에 위치된 제 1 베어링을 제공하는 동시에, 축류 압축기 및 터빈 사이에 제 2 베어링이 위치되며, 이러한 설계는 매우 튼튼하고 저항성이 있다.

그러나, 이러한 실시예에서, 제 2 지지 베어링은 축류 압축기와 축형 터빈 사이에 존재하는 샤프트의 부분 둘레에 제공된 원통형 공간내에 설치되어야 한다.

단순한 방식으로써, 본원에 첨부된 개략적이고 부분적인 종래 형태의 가스 터빈 설비를 도시하는 도 1이 참조된다.

도 1에서 명확하게 도시된 바와 같이, 제 2 지지 베어링(D1의 직경을 가짐)의 수용 및 설치를 위한 원통형 공간(10)의 외경(D2)은 디퓨져의 내경(D3)에 의해 강제되며, 디퓨져는 슬리브(12)의 두께(D4)로 감소된 전용 터빈(15) 전에 축방향 압축기(11)의 출력부에 제공된다.

용기 또는 슬리브(12)는 단단해야 하고 고압 공기의 수용을 보장해야 하며, 연소 시스템(버너, 다른 작동하는 기계적 구성요소)의 주요 구성요소를 지지하고 내부에서 생성되어 그 둘레에 있는 고온에 대한 내열성이 있어야 하는 하우징의 부분이 된다.

최종적으로, 공지된 가스 터빈의 제 2 지지 베어링의 내경(D1)은 압축기(11) 및 터빈(15)의 블레이드를 지지하는 샤프트의 직경에 의해 강제되며, 그 중간 축은 도 1에 참조부호(X)로 표시되어 있다.

또한, 지지 베어링의 위치설정은 베어링 용기 자체 그리고 그 내부에 윤활유가 흐르는 배관 및 공기를 보유하는 장치와 같은 서비스 연결부의 레이아웃을 위해 유용한 사용 가능한 공간에 대해 결정적으로 중요하다.

효과적으로, 그 내부에 윤활유가 흐르는 배관은 내부 배럴의 벽에 의해 분리되고 현저한 압력차가 존재하는 다양한 챔버를 연결하는 방식으로 설치되어야 한다.

또한, 그 연결부는 위험한 화재를 일으킬 수 있는 외부로의 오일 손실의 모든 가능성을 차단하는 방식으로 잠금되고 누출이 없게 유지되어야만 한다.

그러나, 동시에 제 2 지지 베어링의 전반에 걸친 치수는 터빈의 회전축에 요구 강도를 제공하도록 충분히 커야 한다.

유용한 공간의 복잡성 및 고온에서의 작동 면에서의 문제는 윤활유의 상승되는 유동이 없을 필요가 있는 조건이다. 지지 베어링의 치수 및 상당량의 작용은 높은 동력 손실과 그에 따른 윤활 및 냉각을 위한 오일의 상승된 유동을 일으킨다.

효과적으로, 각 경우에서 지지 베어링의 냉각하려는 의도로써 효과적으로 요구되는 것보다 훨씬 큰 오일의 유동을 항상 공급할 필요가 있으며, 그 외에는 그 슬리브가 극한의 고온으로 도달한다.

또한, 지지 슬리브 둘레에 제공된 공간에 고온의 축적을 회피하는 방식으로 그리고 슬리브의 단부 시일을 통과하는 윤활유의 손실을 방지하기 위해서, 베어링 슬리브에 대응 공기 유동을 제공하고, 그 후 다시 외부에 공기 유동을 축적할 필요가 있다.

공기는 용기에 주입되고 공기의 보다 큰 부분이 윤활유와 함께 외부에서 새롭게 수집되어야 한다.

배관내의 공기의 존재는 지지 베어링과 베어링 슬리브의 윤활 및 냉각을 위 해 사용된 오일의 유동을 촉진하는 방식으로 저속으로 유동 가능해야 한다.

그러나 이러한 조건은 연결된 모터의 기하학적 특성에 관련된 상당한 손실이 있다면 도달하지 못할 수도 있다.

실제로, 모터의 외부 용기 슬리브는 이러한 모드에서, 이와 같은 종래 관습에 대해서 제조가 매우 복잡하고 상당한 고비용이 되는 결과를 초래한다.

이러한 모든 점에도 불구하고, 현재 배관은 여전히 고비용, 저효율의 전술한 결과를 갖게 이동된 오일 유동을 얻도록 설계되고 있다.

선택적으로, 윤활 및 냉각 유동은 배출 펌프에 의해서 외부에 수집될 수 있다. 그러나, 이러한 경우 결과적으로 비용과 신뢰도의 문제가 있게 된다.

발명의 요약

따라서, 본 발명의 목적은 전술된 불편을 예방하는 가스 터빈의 지지 베어링 용 배출 시스템을 제조하는 것이며, 특히 단일성, 경제성, 신뢰성 및 제한된 공간과 함께 전술된 필수 조건을 만족시키는 방식으로 가스 터빈의 지지 베어링을 위한 배출 시스템을 제조하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 터빈의 회전 속도 및 가스 터빈내의 온도/압력 관계가 증가되게 하는 가스 터빈의 지지 베어링용 배출 시스템을 설명하는 것이다.

본 발명에 따른 이러한 그리고 다른 목적은, 중앙 터빈 샤프트와 결합하고 일련의 지지 수단에 의해 둘려싸여서 그것이 회전할 시에 지지 수단용 수용 하우징에 부착함으로써 슬리브가 터빈의 적어도 하나의 지지 베어링과 윤활유 및 냉각 오일의 진입 및 배출을 위한 다수의 파이프를 각각 수용하게 되는 가스 터빈의 지지 베어링용 배출 시스템으로서, 지지 베어링에 접한 위치에 제공되고 상이한 압력차를 형성하여 오일이 일정 속도로 배출 배관 내부를 통과하게 하는 일련의 부유 시일을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 배출 시스템에 의해 도달될 것이다.

수용 슬리브는 일련의 측방향 챔버와, 압력하의 오일의 축적을 위한 챔버와, 측방향 챔버 및 오일 배출 배관 사이의 연결 개구를 더 포함하며, 축적 챔버는 중력에 의해 터빈으로부터 배출된 유동의 일부를 수납하는 동시에, 챔버의 내부에서는 소정의 유동 속도에 대응하는 레벨에 도달한 오일이 유수 파이프내로 유출된다.

액체의 대부분은 전술한 축적 챔버가 고속으로 액체의 분사를 발생시키는 내부 과압에 도달하는 방식으로 지지 베어링의 수용 슬리브를 둘러싸는 축적 챔버내에 한정된다.

이러한 배출 현상은 중앙 샤프트 자체에 부착된 요소의 소정 부분에 대응하는 유동의 분사의 방출을 일으키며, 상기 분사의 방출은 측방향 챔버의 모터 액체를 유출시키고 결과적으로 외부로 배출되는 액체의 유출을 일으킨다.

유리한 방식으로, 본 발명에 따른 가스 터빈의 지지 베어링용 배출 시스템은 지지 베어링과 가스 터빈의 관계 배관을 포함하는 슬리브의 치수의 최소치를 감소시키고, 동시에 지지 베어링의 슬리브 둘레에 존재하는 가압된 유체로부터 에너지를 추출하게 한다.

또한, 배출 배관은 보다 하부에 그리고 인식된 방식에 대해 슬리브의 최소 축방향 치수를 감소시키는 방식으로 지지 베어링 수용 슬리브의 중앙에 실질적으로 위치될 것이다.

또한, 유체의 레벨을 증가시키고 입구 및 출구 배관 내의 압력 손실과 유체 역학적 저항을 제거하기에 충분한 포텐셜 에너지를 얻기 위해서 더 이상 유동 수집 챔버를 시스템 외부에 설치할 필요가 없을 정도로, 인식된 방식에 대해 반경방향 치수는 감소될 것이다.

본 발명에 따른 배출 시스템의 다른 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 예로서 사용된 전형적인 제조품의 다음 설명으로부터 보다 명확해질 것이지만, 이에 한정되진 않는다.

도 1은 전형적인 형태의 가스 터빈의 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 중앙 샤프트와 외측의 '내부 배럴'과 결합된 지지 베어링의 횡단면도,

도 3은 소정의 평면을 따라 형성된 도 2의 종단면도,

도 4는 다른 평면을 따라 형성된 도 2의 종단면도,

도 5는 본 발명에 따른 가스 터빈의 제 2 지지 베어링의 슬리브의 사시도.

도 2 내지 도 5를 각각 참조하면, 참조부호(20)는 가스 터빈의 중앙 샤프트를 표시하며, 참조부호(21)는 스터드(22)용 하우징에 부착되고 폐쇄 및 지지 기능을 제공하는 일련의 스터드이고, 참조부호(23)는 터빈의 제 2 지지 베어링을 수용 하기 위한 슬리브를 표시하며, 참조부호(24, 25)는 윤활유 및 냉각 오일의 진입 및 배출을 위한 2쌍의 배관을 각각 표시한다.

또한, 참조부호(26)는 일반적으로 부유 시일을 표시하고, 참조부호(27)는 가압하의 오일의 축적을 위한 챔버이며, 참조부호(29)는 측방향 챔버(27)와 오일 배출 배관(25) 사이의 연결 구멍을 표시한다.

본 발명에 따르면, 가스 터빈의 제 2 지지 베어링의 슬리브(23) 아래에 제공된 축적 챔버(28) 또는 수집 베이슨(basin)내에서 수송되는 윤활유의 일부만을 자유롭게(단지 중력의 영향에 의해서) 배출되게 한다.

축적 챔버(28)내에서, 오일의 레벨은 유동 속도가 배출 배관(25)내로 오버플로되는 지점까지 상승된다.

따라서, 오일의 대부분은 지지 베어링의 수용 구조체를 둘러싸는 공간내에 제한된다.

부유 시일(26)(바람직한 제조의 예로서 예시를 위해 부유 링으로 구성되지만, 이에 한정되지 않음)은 상기 지지 베어링에 대면하는 위치에 제공되어, 오일이 실질적으로 상승된 속도로 배출 배관(25)내로 직접 유동하게 하는 방식으로 적절한 압력차(수집 시스템의 방향으로)를 발생시킨다.

도 5에 개략적으로 도시된 혁신된 형태의 지지 베어링 슬리브로 인하여, 본 발명에 따른 시스템은 상승된 속도로 오일을 배출하여, 그에 따라 축적 챔버(28)내에 존재하는 오일이 배출 배관(25)내로 유동하게 되도록 베어링 둘레의 공간내에 존재하는 과압을 사용한다.

오일의 실제 분사는 측방향 챔버(27)로부터의 모터 유체의 유동 또는 모터 오일의 유출에 의해 도 4의 부분(30)에 대응하여 얻어진다.

이러한 방식에서, 지지 베어링용 배출 시스템의 구성요소의 기하학적 구조의 적합한 연구를 통해 배관의 치수에서의 중요한 감소가 얻어지는 동시에, 오일 분사 과정은 터빈내에서 유동하고 중력에 의해서만 외부로 유출되는 다른 오일 유동의 결과적인 유출을 허용하며, 부유 시일(26)로부터 유출된 오일의 양은 냉각을 목적으로 하는 측방향 챔버(27)로부터 유동하는 오일의 다른 양이라고 말할 가치가 있다.

지지 베어링의 슬리브(23)로부터 배출된 오일의 방향은 도 5에 화살표(F)로 명확하게 도시되어 있다.

명확하게, 외부 분사기 또는 배출 펌프와 같은 고비용 또는 복잡한 구성요소를 사용하지 않으면서 터빈 지지 베어링 수용 슬리브 및 관련 배관의 공간의 최소 수치를 감소시키는 것이 가능하다. 한편, 베어링의 외부 슬리브 둘레에 존재하는 가압된 오일로부터 에너지를 추출하는 것의 실제는 최적화된다.

다른 장점은 배출 배관(25)이 지지 베어링 슬리브(23)의 보다 하부 중앙에 위치되는 것이며, 이것은 슬리브의 축방향 길이를 최소값으로 감소시키며, 상기 최고 값은 베어링과 부유 시일(26) 사이에 위치된 2개의 좁은 챔버에 대응하는 부가적인 2개의 공간과 함께 베어링과 부유 시일(26)의 축방향 길이의 합으로 구성된다

한편, 본 발명에 따른 배출 시스템의 사용은 더 이상 용기 또는 수집 베이슨을 시스템에 설치하여, 오일의 레벨을 증가시키고 배관내에서의 손실 및 유체역학 적 저항을 제거하기에 충분한 포텐셜 에너지를 얻을 필요가 없기 때문에, 반경방향 치수를 더 감소시킬 것이다.

전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 가스 터빈 지지 베어링 배출 시스템의 특징은 결과적인 장점으로서 명확하다.

최종적으로, 창의적인 생각의 혁신적인 원리의 고유성으로부터 벗어남이 없이 본 발명의 목적인 배출 시스템에 도입될 수 있는 수많은 다른 다양성이 존재하는 것은 명확하며, 본 발명의 실제 적용에서, 모든 재료, 치수, 형상이 요구에 따라 사용될 수 있으며, 기술적으로 동등한 다른 것으로 대체될 수 있다.

본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에 규정되어 있다.

Claims (13)

1. 가스 발전기용 배출 시스템으로서, 상기 가스 발전기는 복수의 블레이드를 구비하는 가스 터빈에 의해 구동되는 축류 공기 압축기를 포함하며, 상기 압축기 및 상기 터빈 블레이드는 제 1 베어링이 상기 압축기 입구에 위치되고 제 2 베어링이 상기 축류 압축기와 상기 터빈 사이에 위치되는 저널 베어링에 의해 지지되는 공통 샤프트(20) 상에 설치되며, 상기 베어링 중 적어도 하나는 슬리브(23) 내로 삽입되고, 상기 샤프트(20)는 상기 베어링 주위에서 측방향 챔버(27)를 형성하는 하우징(22)에 고정된 복수의 지지 수단(21)에 의해 둘러싸이며, 윤활 및 냉각 유체는 상기 유체를 전달 및 배출하기 위해 사용되는 배관(24, 25)에 의해 상기 베어링의 표면으로 공급되는 가스 발전기용 배출 시스템에 있어서,

   제 1 양의 상기 윤활 유체는 상기 측방향 챔버(27)내로 중력에 의해 자유롭게 배출되며, 상기 유체는 상기 챔버로부터 배출 배관을 통해 유동하며, 제 2 양의 상기 윤활 유체는 상기 베어링 슬리브(23)를 둘러싸는 축적 챔버(28)내에 한정되며, 상기 제 2 양의 유체는 상기 측방향 챔버(27)내에 존재하는 압력에 대해 상이한 압력이 가해지며, 상기 상이한 압력을 형성하도록 복수의 부유 시일(26)이 각각의 베어링의 단부에 제공되는 것을 특징으로 하는

   가스 발전기용 배출 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 측방향 챔버(27)를 상기 배출 배관에 연결하기 위한 개구(29)가 제공되는 것을 특징으로 하는

   가스 발전기용 배출 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 부유 시일(26)은 2개의 부유 링으로 구성되는 것을 특징으로 하는

   가스 발전기용 배출 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 배출 배관은 상기 슬리브(23)의 중앙 하부에 위치되는 것을 특징으로 하는

   가스 발전기용 배출 시스템.
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