KR100819789B1 - 가스터빈엔진의 러빙 감시 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 가스터빈엔진의 러빙 감시 시스템은, 그 외주면에 원주방향을 따라 배치된 로터 블레이드들을 구비하는 로터와, 로터를 감싸는 케이싱을 구비하는 가스터빈엔진에 있어서, 케이싱의 외부에 로터 블레이드와 대응되게 설치되어 케이싱의 표면온도를 감지하기 위한 적어도 하나의 감지수단과; 감지수단으로부터의 신호값을 전달받아서 처리하여, 케이싱과 로터 블레이드 사이에서 러빙이 발생되는지 여부를 알려주는 프로세서;를 포함한다.

Description

가스터빈엔진의 러빙 감시 시스템{Rubbing monitoring system of gas turbine engine}

도 1은 통상적인 가스터빈엔진에 대한 개략도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가스터빈엔진의 러빙 감시 시스템에 대한 구성도.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스터빈엔진의 러빙 감시 시스템에 대한 구성도.

〈도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명〉

21..케이싱 22..로터 블레이드

23,31,32..감지수단 24,33..프로세서

25,34..연산부 26,35..출력부

본 발명은 가스터빈엔진에 관한 것으로서, 더 상세하게는 가스터빈엔진의 시험운전시 케이싱과 로터 블레이드 사이의 러빙 현상을 감시할 수 있는 가스터빈엔진의 러빙 감시 시스템에 관한 것이다.

통상적인 가스터빈 엔진이 도 1에 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 가스터빈 엔진(10)은 일종의 회전식 내연기관이며, 고온고압의 연소가스를 팽창시키며 터빈(13)을 돌려 회전력을 얻는 기관이다. 즉, 동압에 의해서 압력이 상승한 공기를 다시 압축기(11)로 압력을 높이고 이것을 연소실(12)에서 약 800∼1200℃의 고온가스로 만든 다음 압축기(11)의 소요출력을 얻을 수 있는 압력비까지 터빈(13)에서 팽창시키고 나머지 압력으로 가스를 제트 노즐(14)을 통해 고속으로 분출시켜 추진력을 얻는다.

이러한 가스터빈 엔진을 개발할 때에는 엔진이 요구하는 성능과 내구성을 확인하기 위한 많은 엔진 시험들이 행해진다. 이러한 엔진 시험들 중에는 엔진의 케이싱내에서 로터가 회전하는 동안, 케이싱 내벽과 로터 블레이드의 단부간에 러빙(rubbing)현상이 발생되는지 여부를 시험하는 것도 포함될 수 있다. 케이싱과 로터 블레이드 사이에 발생되는 이러한 러빙현상은 로터 블레이드의 손상 및 파괴를 야기할 수 있으며, 케이싱의 내표면의 결함을 발생시킬 수 있다. 이처럼 로터 블레이드의 손상 및 파괴가 비행체의 실제 운전시 발생된다면, 엔진에 손상이 가해질 수 있어 비행체에 치명적인 문제를 야기시킬 수 있다. 또한, 러빙현상에 의하여 케이싱의 내표면의 결함이 발생된다면, 최적 설계된 공기역학적 저항이 크게 되어 엔진의 효율이 나빠질 수도 있다. 따라서, 엔진 시험을 통하여 러빙현상이 발생되면, 이를 최소화시키기 위하여 수리 및 보완 작업을 실시하여 엔진을 재조립할 필요가 있다.

이와 같은 케이싱과 로터 블레이드 사이에 발생되는 러빙현상을 실시간으로 모니터링하기 위한 것으로서, 엔진의 케이싱이나, 로터에 설치되는 트랜스듀서가 있다. 그러나, 트랜스듀서를 이용하는 경우 비용이 많이 소요될 수 있으며, 특히, 소형 가스터빈엔진인 경우에는 트랜스듀서를 설치하기 위한 공간을 마련하기가 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 케이싱의 외부에 설치되어 케이싱의 표면온도를 감지할 수 있는 적어도 하나의 감지수단과, 상기 감지수단으로부터 감지된 신호값을 처리하는 프로세서를 구비함으로써, 케이싱과 로터 블레이드 사이의 러빙 발생여부를 알 수 있는 가스터빈엔진의 러빙 감시 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가스터빈엔진용 러빙 감시 시스템은, 그 외주면에 원주방향을 따라 배치된 로터 블레이드들을 구비하는 로터와, 상기 로터를 감싸는 케이싱을 구비하는 가스터빈엔진에 있어서,

상기 케이싱의 외부에 상기 로터 블레이드와 대응되게 설치되어 상기 케이싱의 표면온도를 감지하기 위한 적어도 하나의 감지수단과; 상기 감지수단으로부터의 신호값을 전달받아서 처리하여, 상기 케이싱과 로터 블레이드 사이에서 러빙이 발생되는지 여부를 알려주는 프로세서;를 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 프로세서는, 상기 감지수단으로부터 연속적으로 감지된 신호값에 대한 기울기값을 계산하고, 계산된 기울기값이 설정값 이상인지를 판단하는 연 산부와, 상기 기울기값이 설정값 이상인 경우를 표시하기 위한 출력부를 구비하여 된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 가스터빈엔진은, 그 외주면에 원주방향을 따라 배치된 로터 블레이드들을 구비하는 로터와, 상기 로터를 감싸는 케이싱을 구비하는 가스터빈엔진에 있어서,

상기 로터 블레이드와 대응되는 위치에 설치되는 제1감지수단과; 상기 로터 블레이드와 대응되지 않는 위치에 설치되는 제2감지수단과; 상기 감지수단으로부터의 신호값을 전달받아서 처리하여, 상기 케이싱과 로터 블레이드 사이에서 러빙이 발생되는지 여부를 알려주는 프로세서;를 구비하여 된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 프로세서는, 상기 제1,2감지수단으로부터 각각 감지된 신호값들의 차이값을 계산하고, 계산된 차이값이 설정값 이상보다 큰지 여부를 판단하는 연산부와, 상기 차이값이 설정값 이상인 경우를 표시하기 위한 출력부를 구비하여 된 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가스터빈엔진의 러빙 감시 시스템에 대한 구성도를 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 가스터빈엔진의 러빙 감시 시스템은, 엔진 시험중에 엔진의 케이싱(21)과 로터 블레이드(22) 사이에 발생될 수 있는 러빙현상을 모니터링하기 위한 것으로서, 적어도 하나의 감지수단(23)을 포함한다. 상기 감지 수단(23)은 상기 케이싱(21)의 외부에, 로터 블레이드(22)와 대응되게 설치됨으로써, 상기 케이싱(21)의 표면온도를 측정하게 된다.

상기 감지수단(23)으로부터 얻어진 기전력, 즉 신호값은 프로세서(24)로 전달되어, 상기 케이싱(21)과 로터 블레이드(22) 사이에 러빙현상이 발생되는지 여부를 판단하여, 러빙현상이 발생되는 경우에 시험자에게 알려주게 된다. 상기 감지수단(23)은 열전대(thermal couple)인 것이 바람직하다.

열전대란 금속의 전기적 특성이 온도에 따라 변화하는 특성을 이용하는 것이다. 즉, 서로 다른 전기적 특성을 가지는 두 금속이 접합한 부분(junction area)에 열이 전달되면 상이한 전기저항을 가진 금속사이에 온도변화에 따른 기전력이 형성된다. 이렇게 형성된 기전력을 증폭하고, 이를 수치화시켜 측정하고자 하는 부위의 온도를 정확하게 측정할 수 있다. 상기 열전대는 상당히 고온에서도 측정이 가능하며, 내구성이 우수하다. 또한, 온도 변화에 상당히 빨리 대응할 수 있으며, 사이즈가 작아서 설치공간이 작다는 장점을 가진다.

한편, 상기 프로세서(24)는 연산부(25)와, 출력부(26)를 포함하여 구성된다. 상기 연산부(25)에서는 상기 감지수단(23)의 아날로그 형태의 기전력으로부터 일정 주기마다 샘플링을 한 후, 상호 인접한 두 개의 샘플링값들로부터 기울기값을 구하게 된다.

상기와 같이 구해진 기울기값을 설정값과 비교하여, 기울기값이 더 큰 경우에는 러빙현상이 발생되는 것으로 판단하게 된다. 그리고, 상기 설정값은 러빙현상이 발생되지 않을 때, 즉 정상적인 작동때의 기울기값인 것이 바람직하다.

상기 출력부(26)는 러빙현상이 발생될 경우에는 시험자에게 알려주기 위하여 표시장치 또는 알람과 같은 수단과 연계될 수 있다. 시험자에게 알려주기 위한 수단은 예시된 것에 한정되지 않고, 공지된 많은 수단들 중에서 하나가 사용될 수 있다.

상기 기전력을 온도값으로 변환하고, 설정값 또한 온도값으로 설정하여, 이들을 상호 비교하는 방식을 채택하는 것도 가능하다.

상기의 구성을 가지는 일실시예에 따른 가스터빈엔진의 러빙 감시 시스템의 작동과정은 다음과 같다.

케이싱(21) 외벽에 부착된 감지수단(23)에 의하여 기전력을 연속적으로 측정한다. 상기와 같이 측정된 기전력은 프로세서(24)로 전달되며, 일정한 주기로 샘플링한 후, 샘플링된 값들로부터 기울기값을 계산하고, 설정값과 비교하게 된다. 만일, 케이싱(21)과 로터 블레이드(22)의 상호간에 마찰하여 열이 발생되면 케이싱(21) 외벽의 온도가 상승하게 된다. 그러면, 상기 감지수단(23)으로부터 감지된 기전력이 높아지게 되고, 프로세서(24)에서는 기전력으로부터 기울기값을 계산하여, 계산된 기울기값은 설정값보다 크게 될 것이다. 이런 경우, 알람 등의 수단에 의하여 시험자에게 러빙현상이 발생되고 있음을 알려주게 된다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스터빈엔진용 러빙 감시 시스템에 대한 구성도를 도시한 것이다. 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조번호는 동일한 기능을 하는 동일 부재를 나타낸다.

도면을 참조하면, 가스터빈엔진의 러빙 감시 시스템에는, 두 개의 감지수단 인 제1,2감지수단(31)(32)이 상기 케이싱(21)의 외부에 설치되어 케이싱(21)의 표면온도를 측정하게 된다. 상기 제1감지수단(31)은 로터 블레이드(22)와 대응되는 위치에, 상기 제2감지수단(32)은 로터 블레이드(22)와 대응되지 않는 위치에 각각 설치되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 제1,2감지수단(31)(32)도 전술한 실시예와 마찬가지로, 열전대인 것이 바람직하다.

상기 제1,2감지수단(31)(32)으로부터 각각 얻어진 기전력 즉, 신호값은 프로세서(33)로 전달되어 처리되어진다. 상기 프로세서(33)는 연산부(34)와 출력부(35)를 포함하여 구성된다. 상기 연산부(34)에서는 상기 제1,2감지수단(31)(32)의 아날로그 형태의 기전력들로부터 일정 주기마다 각각 샘플링을 한 후, 동일 주기에서 샘플링된 제1,2감지수단(31)(32)의 기전력값들 사이의 차이값을 구하게 된다. 그다음 상기와 같이 구해진 차이값을 설정값과 비교하여, 차이값이 더 큰 경우에는 러빙 현상이 발생되는 것으로 판단하게 된다. 그리고, 상기 설정값은 러빙현상이 발생되지 않을 때, 즉 정상적인 작동때의 차이값인 것이 바람직하다.

상기 출력부(35)는 전술한 실시예와 마찬가지로, 러빙현상이 발생될 경우에는 시험자에게 알려주기 위하여 표시장치 또는 알람과 같은 수단과 연계될 수 있다.

상기 기전력을 온도값으로 변환하고, 설정값 또한 온도값으로 설정하여, 이들을 상호 비교하는 방식을 채택하는 것도 가능하다.

상기의 구성을 가지는 다른 실시예에 따른 가스터빈엔진의 러빙 감시 시스템은 다음과 같이 작동한다.

먼저, 케이싱(21) 외벽에 부착된 제1,2감지수단(31)(32)에 의하여 각각 기전력을 연속적으로 측정한다. 상기와 같이 측정된 기전력들은 프로세서(33)로 전달되며, 일정한 주기로 각각 샘플링한 후, 샘플링된 제1감지수단(31)의 값과 제2감지수단(32)의 값들 간에 차이값을 계산하고, 설정값과 비교하게 된다. 만일, 케이싱(21)과 로터 블레이드(22)의 상호간에 마찰하여 열이 발생되면 케이싱(21) 외벽의 온도가 상승하게 되므로, 상기 제1감지수단(31)으로부터 감지된 기전력이 높아지게 되고, 프로세서(33)에서는 제1감지수단(31)과 제2감지수단(32)의 차이값이 설정값보다 크게 될 것이다. 이런 경우, 출력부(35)와 연계된 알람 등의 수단에 의하여 시험자에게 러빙현상이 발생되고 있음을 알려주게 된다.

상술한 바와 같이, 엔진 시험중에 케이싱과 로터 블레이드 사이에 발생되는 러빙 현상을 실시간으로 모니터링함으로써, 케이싱과 로터 블레이드를 재설계하여 엔진을 제조함으로써, 로터 블레이드의 파손 및 파단에 의한 엔진 파괴를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 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 (4)

1. 그 외주면에 원주방향을 따라 배치된 로터 블레이드들을 구비하는 로터와, 상기 로터를 감싸는 케이싱을 구비하는 가스터빈엔진에 있어서,

   상기 케이싱의 외부에 상기 로터 블레이드와 대응되게 설치되어 상기 케이싱의 표면온도를 감지하기 위한 적어도 하나의 감지수단과;

   상기 감지수단으로부터의 신호값을 전달받아서 처리하여, 상기 케이싱과 로터 블레이드 사이에서 러빙이 발생되는지 여부를 알려주는 프로세서;를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 가스터빈엔진의 러빙 감시 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 프로세서는, 상기 감지수단으로부터 연속적으로 감지된 신호값에 대한 기울기값을 계산하고, 계산된 기울기값이 설정값 이상인지를 판단하는 연산부와, 상기 기울기값이 설정값 이상인 경우를 표시하기 위한 출력부를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 가스터빈엔진의 러빙 감시 시스템.
3. 그 외주면에 원주방향을 따라 배치된 로터 블레이드들을 구비하는 로터와, 상기 로터를 감싸는 케이싱을 구비하는 가스터빈엔진에 있어서,

   상기 케이싱의 외부에 설치되면서 상기 로터 블레이드와 대응되는 위치에 설치되는 제1감지수단과;

   상기 케이싱의 외부에 설치되면서 상기 로터 블레이드와 대응되지 않는 위치에 설치되는 제2감지수단과;

   상기 제1감지수단 및 상기 제2감지수단으로부터의 신호값을 전달받아서 처리하여, 상기 케이싱과 로터 블레이드 사이에서 러빙이 발생되는지 여부를 알려주는 프로세서;를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 가스터빈엔진의 러빙 감시 시스템.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 프로세서는, 상기 제1,2감지수단으로부터 각각 감지된 신호값들의 차이값을 계산하고, 계산된 차이값이 설정값 이상보다 큰지 여부를 판단하는 연산부와, 상기 차이값이 설정값 이상인 경우를 표시하기 위한 출력부를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 가스터빈엔진의 러빙 감시 시스템.

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