KR100902162B1 - 터빈 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터빈 발전기에 관한 것으로써, 더욱 구체적으로는 터빈 발전기의 워밍업 동작시 터닝 기어의 조기 탈락을 방지하도록 하여 안정적인 운전이 가능하도록 한 새로운 형태의 터빈 발전기용 터닝 기어의 조기 탈락 방지 구조에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 축 방향을 따라 다수의 베어링이 설치되며, 어느 한 부위의 둘레면에는 불 기어(bull gear)가 설치되는 로터축과, 상기 로터축의 불 기어에 선택적으로 결합되는 피니언을 가지면서 상기 피니언을 강제 회전시키도록 구동되는 터닝 기어를 포함하여 구성되며, 상기 로터축의 어느 한 둘레 부위에는 상기 터닝 기어에 의한 로터축의 워밍업 동작시 상기 로터축의 회전에 대한 부하를 제공하고, 발전 동작이 진행될 때에는 상기 부하를 해제하는 부하 제공부가 더 포함되어 구성됨을 특징으로 하는 터빈 발전기가 제공된다.

터빈 발전기, 터닝 기어, 로터축, 부하 제공부

Description

터빈 발전기{turbine generator}

본 발명은 터빈 발전기에 관한 것으로써, 더욱 구체적으로는 터빈 발전기의 워밍업 동작시 터닝 기어의 조기 탈락을 방지하도록 하여 안정적인 운전이 가능하도록 한 새로운 형태의 터빈 발전기용 터닝 기어의 조기 탈락 방지 구조에 관한 것이다.

일반적으로 터빈 발전기는 증기 혹은, 가스와 같은 압축성 유체의 흐름을 이용하여 충동력 또는 반동력으로 회전력을 얻어서 발전하는 장치이다.

상기한 터빈 발전기 중 터닝 기어(Turning Gear)는 터빈 발전기의 기동전 또는 정지후 로터축을 서서히 돌려주어 상기 로터축의 편심 발생을 최소화하는 일련의 구성이다.

즉, 장시간 정지하고 있던 터빈은 로터축의 상부에 증기가 고여있음을 고려할 때 상기 로터축의 상하부 온도차 및 상기 로터축의 자중에 의해 일부 휜 상태를 이루게 된다. 이에 따라 터빈 발전기의 기동전에 상기 로터축을 서서히 회전시켜 온도분포가 균일하게 이루어질 수 있도록 워밍업을 해줌으로써 휘어있던 로터축이 바르게 되어 원활한 구동이 이루어질 수 있도록 하는 것이다.

이때, 상기 터닝 기어는 통상 저압터빈과 발전기 사이에 설치되며, 첨부된 도 1은 상기한 터닝 기어의 설치 상태를 도시하고 있다.

이를 통해 알 수 있듯이, 통상의 터닝 기어(30)는 그의 피니언(31)이 로터축(10)에 결합된 불 기어(11)에 선택적으로 결합된 상태로 상기 로터축(10)을 회전시키도록 구성된다.

이때, 상기 로터축(10)에는 다수의 베어링(20)이 설치되며, 상기한 각 베어링(20)은 각각의 오일 펌프(21)를 통해 오일을 제공받도록 구성된다.

그리고, 상기한 터닝 기어(30)는 워밍업 과정 후 실질적인 터빈 발전기의 발전이 시작되면 그 피니언(31)이 상기 로터축(10)의 불 기어(11)로부터 이탈됨으로써 실질적인 발전이 진행된다.

그러나, 전술한 바와 같이 종래 터빈 발전기의 구조는 실질적인 발전이 이루어지기도 전에 상기 터닝 기어(30)가 상기 불 기어(11)로부터 조기 탈락됨으로써 로터축의 충분한 워밍업이 이루어지지 못하여 상기 로터축(10)의 편심 회전이 이루어질 수밖에 없었던 문제점이 종종 발생되었다.

이는, 터닝 기어(30)에 의한 워밍업 과정이 진행될 경우 오일 펌프(21)의 동작이 이루어지면서 상기 로터축(10)을 지지하는 각 베어링(20)으로 고압의 윤활유가 공급되기 때문에 상기 로터축(10)의 회전력에 대한 저항이 극히 적어지기 때문이다.

즉, 상기 로터축(10)의 저항이 극히 적어짐에 따라 상기 로터축(10)에 가속이 붙게 되면 상기 터닝 기어(30)의 피니언(31) 보다 회전력이 초과됨으로써 상기 피니언(31)의 탈락이 발생되고, 이로 인해 상기 로터축(10)의 충분한 워밍업이 이루어지지 않게 되었던 것이다.

종래에는 전술한 문제점을 해결하기 위해 각 베어링(20)으로 윤활유를 공급하는 각 오일 펌프(21) 중 상기 터닝 기어(30)로부터 가까운 쪽의 베어링으로 윤활유를 공급하도록 동작되는 오일 펌프의 구동을 중단시킴으로써 해당 베어링에 의한 마찰력 보존이 이루어질 수 있도록 하여 실질적인 로터축(10)의 회전력을 저감시켜 상기 터닝 기어(30)의 조기 탈락이 방지되도록 하였다.

그러나, 이러한 종래 기술은 윤활유가 공급되는 베어링에 비해 상기 윤활유가 공급되지 않는 베어링의 마모가 더욱 크게 이루어지기 때문에 안정적인 연속 운전이 저해되었던 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 종래 기술이 가지는 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 각 베어링으로의 윤활유 공급은 일정하게 이루어질 수 있도록 하면서도 터빈 발전기의 워밍업 동작시 터닝 기어의 조기 탈락이 방지될 수 있도록 한 새로운 형태의 터빈 발전기용 터닝 기어의 조기 탈락 방지 구조를 제공하고자 한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터빈 발전기에 따르면 축 방향을 따라 다수의 베어링이 설치되며, 어느 한 부위의 둘레면에는 불 기어(bull gear)가 설치되는 로터축과, 상기 로터축의 불 기어에 선택적으로 결합되는 피니언을 가지면서 상기 피니언을 강제 회전시키도록 구동되는 터닝 기어를 포함하여 구성되며, 상기 로터축의 어느 한 둘레 부위에는 상기 터닝 기어에 의한 로터축의 워밍업 동작시 상기 로터축의 회전에 대한 부하를 제공하고, 발전 동작이 진행될 때에는 상기 부하를 해제하는 부하 제공부가 더 포함되어 구성됨을 특징으로 한다.

여기서, 상기 부하 제공부는 상기 로터축의 각 부위 중 상기 불 기어가 설치된 부위로부터 인접된 곳에 설치됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 부하 제공부는 상기 로터축의 둘레면에 밀착되면서 로터축의 회전에 의해 구름 운동을 하는 롤러와, 상기 롤러가 구름 가능하게 설치되는 설치단 및 상기 설치단과 연결된 실린더 로드를 갖는 실린더를 포함하여 구성됨을 특징으 로 한다.

이때, 상기 롤러는 상기 로터축의 둘레 방향을 따라 둘 이상의 다수로 제공됨을 특징으로 하며, 특히, 상기 부하 제공부는 두 개로 구성됨과 더불어 상기 두 부하 제공부는 상기 로터축의 위치를 기준으로 서로 대응되는 부위에 각각 위치됨을 특징으로 한다.

이와 함께, 상기 롤러는 고무 재질로 형성됨을 특징으로 한다.

이상에서 설명된 바와 같은 본 발명의 터빈 발전기는 터닝 기어에 의한 로터축의 워밍업 동작이 진행되는 도중 상기 터닝 기어의 피니언이 상기 로터축의 불 기어로부터 조기 탈락 되는 현상을 방지할 수 있게 된 효과를 가진다.

즉, 한 쌍의 부하 제공부에 의해 로터축이 피니언의 회전력과 동일한 회전력을 가지면서 회전되기 때문에 워밍업 과정이 종료되기 전까지는 상기 터닝 기어의 조기 탈락은 방지될 수 있게 된 것이다.

또한, 본 발명의 터빈 발전기는 각 베어링으로 공급되는 오일량이 모든 베어링에 대하여 균일하게 제공되기 때문에 각 베어링의 수명이 일괄적일 수 있게 된 효과를 가지며, 이로 인해 잦은 베어링 교체에 따른 작업 손실은 최소화될 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터닝 기어의 탈락 방지 구조가 적용된 터빈 발전기에 대하여 첨부된 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한다.

먼저, 첨부된 도 2와 같이 본 발명의 실시예에 따른 터빈 발전기는 크게 로터축(100)과, 다수의 베어링(200)과, 터닝 기어(300) 및 부하 제공부(400)를 포함하여 구성됨을 제시한다.

여기서, 상기 로터축(100)은 로터(도시는 생략됨)와 연결된 상태로 발전기의 발전을 위해 구동력을 전달하는 구성이며, 상기 로터축(100)의 둘레면에는 불 기어(bull gear)(110)가 설치된다.

또한, 상기 각 베어링(200)은 상기 로터축(100)의 축 방향을 따라 설치되며, 통상의 저어널 베어링(journal bearing)으로 구성된다.

특히, 상기한 각 베어링(200)은 각각의 오일 펌프(210)를 통해 오일을 제공받도록 구성된다.

또한, 상기 터닝 기어(Electrical Turning Gear)(300)는 첨부된 도 2와 같이 상기 로터축(100)의 어느 한 둘레 부위에 위치되며, 첨부된 도 3과 같이 상기 로터축(100)의 불 기어(110)에 선택적으로 결합되는 피니언(310) 및 상기 피니언(310)을 구동시키기 위한 전동기(320)를 포함하여 구성되며, 상기 전동기(320)와 상기 피니언(310)은 다수의 기어(도시는 생략됨)에 의해 연결된다. 이때, 상기 다수의 기어는 기어박스(330) 내에 내장된다.

특히, 상기 터닝 기어(300)의 피니언(310)은 상기 로터축(100)의 회전력이 상기 피니언(310)의 회전력에 비해 같거나 혹은, 작을 경우 상기 로터축(100)의 불 기어(110)에 맞물린 상태를 유지하며, 만일 상기 로터축(100)의 회전력이 상기 피니언의 회전력을 초과하게 될 경우에는 상기 로터축(100)의 불 기어(110)로부터 이 탈되도록 탄력 설치된다. 이러한 터닝 기어(300)의 구조는 기존의 일반적인 터닝 기어에 대한 구조와 동일하다.

또한, 상기 부하 제공부(400)는 상기 로터축(100)의 어느 한 둘레부위에 설치되면서 상기 터닝 기어(300)에 의한 로터축(100)의 워밍업 동작시 상기 로터축(100)의 회전력에 대한 부하를 제공함으로써 상기 로터축(100)의 회전력이 과도하게 커짐을 방지하여 터닝 기어(300)의 피니언(310)이 상기 불 기어(110)로부터 원치않게 탈락됨을 방지하는 역할을 수행하고, 발전 동작이 진행될 때에는 상기 부하를 해제하는 일련의 구성이다.

특히, 상기 부하 제공부(400)는 상기 로터축(100)의 각 부위 중 상기 불 기어(110)가 설치된 부위로부터 인접된 곳에 설치됨이 바람직하다. 이는, 로터축(100)의 각 부위 중 터닝 기어(300)와 연결된 부위로부터 최대한 인접된 부위의 회전력에 대한 조절이 이루어질 수 있도록 함으로써 상기 로터축(100)의 불 기어(110)로부터 터닝 기어(300)의 피니언(310)이 탈락되는 현상이 최대한 방지될 수 있도록 하기 위함이다.

전술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 부하 제공부(400)는 첨부된 도 4와 같이 크게 롤러(410)와, 설치단(420) 및 실린더(430)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 롤러(410)는 상기 로터축(100)의 둘레면에 밀착되면서 상기 로터축(100)의 회전에 의해 구름 운동을 수행하도록 구성되고, 상기 설치단(420)은 상기 롤러(410)가 구름 가능하게 설치되는 부위이며, 상기 실린더(430)는 상기 설치단(420)과 연결된 실린더 로드(431)를 통해 상기 설치단(420)에 설치된 롤러(410) 가 상기 로터축(100)에 선택적으로 밀착되도록 하는 일련의 구성이다.

특히, 상기한 롤러(410)는 상기 로터축(100)의 둘레 방향을 따라 둘 이상 다수로 제공됨이 바람직하며, 이의 경우 상기 설치단(420)은 상기 각 롤러(410)가 균일하게 로터축(100)의 둘레면에 밀착될 수 있도록 라운드지게 형성된다.

이와 함께, 상기한 롤러(410)는 고무 재질로 형성됨을 제시한다. 이는, 상기 롤러(410)가 로터축(100)의 둘레면에 접촉될 경우 상기 롤러(410)에 의한 마찰 저항을 제공하여 상기 로터축(100)의 회전력이 저감될 수 있도록 하기 위함이다.

상기 롤러(410)를 형성하는 고무 재질에는 우레탄과 같은 각종 탄력성 연질 재질(예컨대, 합성 수지류)이 포함된다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기와 같은 부하 제공부(400)가 두 개로 구성되며, 상기한 두 부하 제공부(400)는 상기 로터축(100)의 위치를 기준으로 서로 대응되는 부위에 대칭되도록 각각 위치됨을 제시한다.

이러한 구성은, 상기 부하 제공부(400)에 의한 로터축(100)의 회전에 따른 저항 발생시에 상기 로터축(100)이 어느 한 방향(부하 제공부가 미는 방향)으로 휘게 됨을 방지하기 위함이다.

하기에서는, 전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 터빈 발전기의 동작 상태를 설명하도록 한다.

우선, 최초 발전기의 발전 동작이 이루어지지 않은 상태에서는 로터축(100)의 구동이 정지된 상태임과 더불어 터닝 기어(300)의 동작 역시 정지된 상태이다.

이때, 터닝 기어(300)를 구성하는 피니언(310)은 상기 로터축(100)의 불 기 어(110)와 맞물린 상태를 유지하게 된다.

이러한 상태에서 발전기의 발전 동작을 위한 제어가 시작되면 로터축(100)이 발전을 위한 실질적인 구동이 진행되기 전에 터닝 기어(300)에 의한 워밍업이 이루어진다.

이때, 상기 워밍업은 이미 설명된 바와도 같이 상기 로터축(100)이 오랜 기간 정지된 상태에서는 상기 로터축(100)의 상하부 온도차 및 상기 로터축(100)의 자중에 의해 일부 휜 상태를 이루기 때문에 작은 회전력으로 상기 로터축(100)을 일정 시간 동안 구동시킴으로써 상기 로터축(100)을 바르게 펴서 편심 회전이 방지되도록 하는 과정이다.

그리고, 상기한 터닝 기어(300)의 동작은 상기 터닝 기어(300)를 구성하는 전동기(320)의 동작에 의해 시작된다.

즉, 상기한 전동기(320)의 동작이 이루어지면 상기 동작에 의해 발생된 구동력이 각 기어(도시는 생략되)를 통해 피니언(310)으로 전달되고, 계속해서 상기 구동력은 상기 피니언(310)에 맞물려 있던 로터축(100)의 불 기어(110)로 전달됨으로써 상기 로터축(100)이 회전되는 것이다.

그리고, 상기의 과정이 진행될 경우 각각의 베어링(200)에 연결된 오일 펌프(210)는 해당 베어링으로 오일을 제공함으로써, 상기 베어링(200)에 의한 로터축(100)의 회전 부하는 최소화되도록 동작된다.

이와 함께, 상기의 과정이 진행될 경우에는 한 쌍의 부하 제공부(400)를 구성하는 각 실린더(430)의 동작이 이루어지면서 각 롤러(410)가 상기 로터축(100)에 밀착되도록 한다. 이는, 첨부된 도 4와 같다.

이때, 상기 각 실린더(430)의 동작은 터빈 발전기의 발전 동작을 제어하는 컨트롤러(도시는 생략됨)의 제어를 받아 그 동작이 이루어지게 되고, 상기 각 실린더(430)의 동작에 의한 각 롤러(410)의 로터축(100)에 대한 밀착 정도는 상기 로터축(100)의 회전력이 상기 피니언(310)의 회전력과 동일하게 유지될 수 있을 정도로 미리 결정된다.

따라서, 상기 로터축(100)은 상기 각 롤러(410)와의 마찰 저항에 의해 상기 피니언(310)의 회전력을 초과하지는 않게 되고, 이로 인해 상기 로터축(100)의 원활한 워밍업이 진행된다.

그리고, 상기한 바와 같은 워밍업 과정이 완료되어 발전기의 발전이 시작되면 각 실린더(430)는 각 롤러(410)가 상기 로터축(100)으로부터 이탈되도록 동작된다. 이는, 첨부된 도 5와 같다.

이의 경우, 상기 로터축(100)은 부하의 해제로 인해 점차적으로 가속이 붙으면서 회전되고, 이러한 과정이 진행되는 도중 상기 터닝 기어(300)를 구성하는 피니언(310)의 회전력을 초과하게 되면 상기 피니언(310)은 상기 로터축(100)의 불 기어(110)로부터 탈락 된다.

물론, 상기와 같은 발전기의 발전이 시작될 경우 터닝 기어(300)를 구성하는 전동기(320)의 구동이 중단됨으로써 로터축(100)의 회전력이 상기 피니언(310)의 회전력을 초과하게 되며, 이로 인해 상기 피니언(310)은 상기 로터축(100)의 불 기어로부터 탈락 된다.

결국, 전술한 일련의 과정에 의해 로터축(100)은 그 안정이 이루어질 때까지 터닝 기어(310)에 의한 저속 회전이 이루어지게 되고, 이러한 워밍업 과정에서의 터닝 기어 탈락 현상은 방지되며, 연속적인 운전이 가능하게 된다.

특히, 부하 제공부(400)의 구성으로 인해 각 베어링(200)에 공급되는 오일양을 상기 각 베어링(200)마다 서로 다르게 조절할 필요가 없기 때문에 상기 각 베어링(200)은 일괄적으로 균일한 상태를 이룰 수 있다는 장점을 가진다.

도 1은 종래 일반적인 터빈 발전기의 터닝 기어에 대한 설치 상태를 설명하기 위해 나타낸 요부 구조도

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터빈 발전기의 터닝 기어 및 부하 제공부 에 대한 설치 상태를 설명하기 위해 나타낸 요부 구조도

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터빈 발전기의 터닝 기어와 불 기어 간의 관계를 설명하기 위해 나타낸 요부 상태도

도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 터빈 발전기의 부하 제공부가 동작되는 상태를 설명하기 위해 나타낸 요부 상태도

Claims (6)

1. 축 방향을 따라 다수의 베어링이 설치되며, 어느 한 부위의 둘레면에는 불 기어(bull gear)가 설치되는 로터축과, 상기 로터축의 불 기어에 선택적으로 결합되는 피니언을 가지면서 상기 피니언을 강제 회전시키도록 구동되는 터닝 기어를 포함하여 구성되며,

   상기 로터축의 어느 한 둘레 부위에는 상기 터닝 기어에 의한 로터축의 워밍업 동작시 상기 로터축의 회전에 대한 부하를 제공하고, 발전 동작이 진행될 때에는 상기 부하를 해제하는 부하 제공부가 더 포함되어 구성됨을 특징으로 하는 터빈 발전기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 부하 제공부는

   상기 로터축의 각 부위 중 상기 불 기어가 설치된 부위로부터 인접된 곳에 설치됨을 특징으로 하는 터빈 발전기.
3. 제 1 항 또는, 제 2 항에 있어서,

   상기 부하 제공부는

   상기 로터축의 둘레면에 밀착되면서 로터축의 회전에 의해 구름 운동을 하는 롤러와,

   상기 롤러가 구름 가능하게 설치되는 설치단 및 상기 설치단과 연결된 실린더 로드를 갖는 실린더를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 터빈 발전기.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 롤러는 상기 로터축의 둘레 방향을 따라 둘 이상의 다수로 제공됨을 특징으로 하는 터빈 발전기.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 부하 제공부는 두 개로 구성되며,

   상기 두 부하 제공부는 상기 로터축의 위치를 기준으로 서로 대응되는 부위에 각각 위치됨을 특징으로 하는 터빈 발전기.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 롤러는 고무 재질로 형성됨을 특징으로 하는 터빈 발전기.

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