KR100925858B1 - 로켓 추진용 메탄엔진의 터보펌프 - Google Patents

로켓 추진용 메탄엔진의 터보펌프 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 로켓 추진용 메탄엔진의 터보펌프는, 구동력을 발생하는 터빈; 상기 터빈에 연결되어 회전하는 회전축에 결합된 임펠러를 이용하여 몸체부 내로 유입된 산화제를 산화제 배출관으로 배출하는 산화제 펌프; 상기 터빈에 연결되어 회전하는 회전축에 결합된 임펠러를 이용하여 몸체부 내로 유입된 메탄을 메탄 배출관으로 배출하는 메탄 펌프; 상기 산화제 배출관으로 배출되는 산화제의 일부를 분기 공급하고, 회전지지 되는 상기 산화제 펌프의 회전축 주위를 윤활, 냉각하여 파손을 방지하는 산화제펌프 베어링부; 및 상기 메탄 배출관으로 배출되는 메탄의 일부를 분기 공급하고, 회전지지 되는 상기 메탄 펌프의 회전축 주위를 윤활, 냉각하여 파손을 방지하는 메탄펌프 베어링부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 터빈, 산화제펌프, 메탄펌프로 이루어진 터보펌프의 회전축을 지지하는 베어링부에 윤활, 냉각을 수행하여 터보펌프를 재사용하도록 하는 장점을 지닌다.
메탄엔진, 터보펌프, 윤활, 냉각, 틈새부, 압력

Description

로켓 추진용 메탄엔진의 터보펌프 {TURBO PUMP OF METHANE ENGINE FOR ROCKET PROPULSION}
본 발명은 로켓 추진용 메탄엔진에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 터보펌프의 회전축을 지지하는 베어링부에 윤활, 냉각을 수행하여 터보펌프를 재사용하게 하는 로켓 추진용 메탄엔진의 터보펌프에 관한 것이다.
일반적으로, 로켓 추진엔진(rocket propulsion engines)은, 가스발생기(gas generator)에서 발생하는 가스로 터빈(turbine)을 구동하고, 이 터빈의 구동으로 연료펌프와 산화제 펌프를 회전하여 등유 등의 연료와 산화제(oxidizer)를 각각 연소추진기로 공급하여 분사하여 점화시킨 화염으로 추력을 발생하여 로켓, 미사일 및 우주왕복선을 대기권으로 발사하는 추진장치이다.
로켓추진 연료로서, 등유 혹은 수소 등을 주로 사용하였으며, 등유는, 상온에서 비교적 안정적이기는 하지만, 연소추진기를 효율적으로 냉각하도록 하는 재생냉각(regenerative Cooling)특성에서 우수하지 않으며, 수소는, 상온에서 안정적이 지 않으므로 보관을 위하여 고 밀폐 탱크가 필요하여 재료적인 한계성을 지니고 있다.
이러한 점을 감안하여 최근에는 보관성이 우수하고, 재생냉각 특성효율이 우수한 메탄을 추진연료로 사용하는 메탄엔진(methane engine)이 개발되어져 사용되는 추세이다.
출원인은 로켓엔진의 단점을 개선한 '로켓 추진용 메탄엔진'을 출원하여 한국 특허 등록 제0674118호로 등록받은 바 있다.
한편, 메탄엔진에서 연소추진기로 산화제와 메탄을 공급하는 터보펌프(turbo pump)는 터빈(turbine), 산화제 펌프(oxidizer pump)와 메탄펌프(methane pump)로 나뉘어져 있으며, 세 구성이 동일한 회전축에 의하여 구동하도록 구성되고, 이 회전축은 볼 베어링(ball bearing)에 의하여 지지 된다.
이와 같이, 도 1을 참조하여, 배경기술이 되는 메탄엔진의 터보펌프에 대하여 살펴 보도록 한다.
산화제가스공급관(2)과 메탄가스공급관(8)으로 공급된 산화제가스와 메탄가스를 각각 혼합기(6)와 가스발생기(4)로 공급하여 가스유입관(9)을 통하여 핫가스(hot gas)를 공급하여 터빈(12)을 구동시킨다.
터빈(12)의 구동에 의하여 같이 연결된 회전축이 볼베어링(40)에 지지된 상태에서 회전하여 산화제펌프(20)와 메탄펌프(28)의 임펠러를 동시에 구동시킨다.
임펠러의 구동에 의하여 산화제저장탱크(16)와 메탄저장탱크(24)에 저장된 액상의 산화제와 메탄이 산화제유입관(18)과 메탄유입관(26)을 거쳐 산화제배출 관(22)과 메탄배출관(30)으로 배출되어 진다.
그리고, 산화제배출관(22)과 메탄배출관(30)으로 배출된 산화제와 메탄은 각각 연소추진기(미도시)로 공급되어져 혼합되면서 메탄엔진의 추력을 발생하게 된다.
그런데, 종래의 메탄엔진은 터보펌프의 터빈, 산화제펌프 및 메탄펌프의 회전축을 지지하는 볼베어링은 쉽게 파손되므로 재사용성이 현저하게 저하되는 문제점을 지닌다.
또한, 볼베어링의 파손으로 인하여 터보펌프 내의 다른 부품 역시 파손되므로 터보펌프를 1회 사용 후 폐기해야 하므로 메탄엔진의 재사용시, 터보펌프를 교체하여야 하는 등의 단점을 지닌다.
따라서, 터보펌프에서 볼베어링이 파손되는 것을 개선하여 재사용 가능한 터보펌프를 제안할 필요성이 대두 되었다.
본 발명은, 터빈, 산화제펌프, 메탄펌프로 이루어진 터보펌프의 회전축을 지지하는 베어링부에 윤활, 냉각을 수행하여 터보펌프를 재사용하게 하는 것이 목적이다.
또한, 터보펌프를 재사용하므로 메탄엔진에서 터보펌프를 교체하는 작업을 생략하여 메탄엔진의 재사용 특성을 향상시키는 것이 목적이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 로켓 추진용 메탄 엔진의 터보펌프는, 구동력을 발생하는 터빈; 상기 터빈에 연결되어 회전하는 회전축에 결합된 임펠러를 이용하여 몸체부 내로 유입된 메탄을 메탄 배출관으로 배출하는 메탄펌프; 및 상기 메탄배출관으로 배출되는 메탄의 일부를 분기 공급하고, 회전지지 되는 상기 회전축 주위를 윤활, 냉각하여 파손을 방지하는 메탄펌프 베어링부를 포함하고, 상기 메탄펌프 베어링부는, 상기 메탄 배출관에서 메탄의 일부를 추출하는 메탄 분기관; 상기 메탄 분기관에서 추출된 메탄을 상기 메탄 펌프의 유입방향으로 공급하고, 상기 메탄 펌프의 회전축 주위를 윤활, 냉각하여 파손을 방지하는 제3베어링부; 및 상기 메탄 분기관에서 추출된 메탄을 상기 메탄 펌프의 배출방향으로 공급하고, 상기 메탄 펌프의 회전축 주위를 윤활, 냉각하여 파손을 방지하는 제4베어링부를 포함하며, 상기 제3베어링부는, 상기 메탄 분기관에서 분리되고, 추출된 메탄이 이동되는 제4관로; 상기 제4관로에 연결되어 메탄을 공급하고, 상기 회전축에서 가하여지는 하중을 몸체부로 전달하여 지지하는 하나 이상의 브릿지부재; 상기 브릿지부재에 연결되고, 상기 유입구에서 이동된 메탄이 유입되는 하나 이상의 흡입공을 형성하는 고정부; 상기 흡입공에서 유입된 메탄을 저압으로 흡입하는 오리피스를 형성하고, 상기 오리피스로 이동된 메탄이 유입되어 고압을 유지하게 하는 포켓을 형성하는 스피어 저널; 및 상기 회전축의 외측에 고정되고, 상기 스피어 저널 사이에 메탄이 이동되어 마찰을 방지하는 부시를 포함한다.
그리고, 본 발명의 다른 실시예에 따른 로켓 추진용 메탄 엔진의 터보펌프는, 구동력을 발생하는 터빈; 상기 터빈에 연결되어 회전하는 회전축에 결합된 임펠러를 이용하여 몸체부 내로 유입된 산화제를 산화제 배출관으로 배출하는 산화제 펌프; 상기 터빈에 연결되어 회전하는 회전축에 결합된 임펠러를 이용하여 몸체부 내로 유입된 메탄을 메탄 배출관으로 배출하는 메탄펌프; 상기 산화제배출관으로 배출되는 산화제의 일부를 분기 공급하고, 회전지지 되는 상기 회전축 주위를 윤활, 냉각하여 파손을 방지하는 산화제펌프 베어링부; 및 상기 메탄배출관으로 배출되는 메탄의 일부를 분기 공급하고, 회전지지 되는 상기 회전축 주위를 윤활, 냉각하여 파손을 방지하는 메탄펌프 베어링부를 포함하고, 상기 산화제펌프 베어링부는, 상기 산화제 배출관에서 산화제의 일부를 추출하는 산화제분기관; 상기 산화제분기관에서 추출된 산화제를 상기 산화제 펌프의 유입방향으로 공급하고, 상기 산화제 펌프의 회전축 주위를 윤활, 냉각하여 파손을 방지하는 제1베어링부; 및 상기 산화제분기관에서 추출된 산화제를 상기 산화제 펌프의 배출방향으로 공급하고, 상기 산화제 펌프의 회전축 주위를 윤활, 냉각하여 파손을 방지하는 제2베어링부를 포함하고, 상기 제1베어링부는, 상기 산화제분기관에서 분리되고, 추출된 산화제가 이동되는 제1관로; 상기 제1관로에 연결되고, 산화제를 공급하는 유입구를 형성하며, 상기 회전축에서 가하여지는 하중을 몸체부로 전달하여 지지하는 하나 이상의 브릿지부재; 상기 브릿지부재에 연결되고, 상기 유입구에서 이동된 산화제가 유입되는 하나 이상의 흡입공을 형성하는 고정부; 상기 흡입공에서 유입된 산화제를 저압으로 흡입하는 오리피스를 형성하고, 상기 오리피스로 이동된 산화제가 유입되어 고압을 유지하게 하는 포켓을 형성하는 스피어 저널; 및 상기 회전축의 외측에 고정되고, 상기 스피어 저널 사이에 산화제가 이동되어 마찰을 방지하는 부시를 포함한다.
또한, 상기 제2베어링부는, 상기 산화제 분기관에서 분리되고, 추출된 산화제가 이동되는 제2관로; 상기 제2관로에 연결되고, 상기 몸체부 내측에 설치되어 상기 제2관로에서 이동된 산화제가 유입되는 하나 이상의 흡입공을 형성하는 고정부; 상기 흡입공에서 유입된 산화제를 저압으로 흡입하는 오리피스를 형성하고, 상기 오리피스로 이동된 산화제가 유입되어 고압을 유지하게 하는 포켓을 형성하는 스피어 저널; 상기 회전축의 외측에 고정되고, 상기 스피어 저널 사이에 산화제가 이동되어 마찰을 방지하는 부시; 및 상기 고정부와 스피어 저널 및 상기 스피어 저널과 부시 사이로 이동되는 산화제를 상기 산화제 펌프의 산화제 유입방향으로 피드백하는 제3관로를 포함하는 것이 바람직하다.
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삭제
또한, 상기 브릿지부재는, 상기 몸체부에서 기둥 형상으로 연장되고, 상기 고정부에 접촉되는 부분은 상기 고정부를 완전하게 감싸도록 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 고정부와 상기 스피어 저널 사이에는, 상기 회전축의 횡방향 진동을 흡수하는 역할을 수행하는 제1틈새부가 형성되고, 상기 제1틈새부에 산화제가 이동되어 내부를 윤활, 냉각하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 스피어 저널과 부시 사이에는, 상기 오리피스에서 상기 포켓으로 유입된 산화제에 의해 고압이 형성되어 이격되게 하는 제2틈새부를 형성하고, 상기 제2틈새부에 산화제가 이동되어 내부를 윤활, 냉각하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2베어링부의 스피어 저널에는, 상기 제1,제2틈새부를 통하여 이송된 산화제를 복귀하는 바이패스홀이 형성되고, 상기 고정부에는, 상기 바이패스홀과 상기 제1,제2틈새부로 이동된 산화제를 상기 제3관로로 배출하는 배출공이 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2베어링부의 고정부와 임펠러 사이에는, 임펠러에서 승압된 산화제가 제2베어링부로 유입되는 것을 차단하여 압력 상승을 방지하는 압력차단 시일러부재를 더 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2베어링부의 배출측에는, 상기 바이패스홀과 상기 제1,제2틈새부로 이동된 산화제의 배출압력을 상승하게 하는 압력상승 임펠러를 더 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 로켓 추진용 메탄 엔진의 터보펌프에서, 상기 메탄펌프 베어링부는, 상기 메탄 배출관에서 메탄의 일부를 추출하는 메탄분기관; 상기 메탄 분기관에서 추출된 메탄을 상기 메탄 펌프의 유입방향(전단부분)으로 공급하고, 상기 메탄 펌프의 회전축 주위를 윤활, 냉각하여 파손을 방지하는 제3베어링부; 및 상기 메탄 분기관에서 추출된 메탄을 상기 메탄 펌프의 배출방향(후단부분)으로 공급하고, 상기 메탄 펌프의 회전축 주위를 윤활, 냉각하여 파손을 방지하는 제4베어링부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제3베어링부는, 상기 메탄 분기관에서 분리되고, 추출된 메탄이 이동되는 제4관로; 상기 제4관로에 연결되어 메탄을 공급하고, 상기 회전축에서 가하여지는 하중을 몸체부로 전달하여 지지하는 하나 이상의 브릿지부재; 상기 브릿지부재에 연결되고, 상기 유입구에서 이동된 메탄이 유입되는 하나 이상의 흡입공을 형성하는 고정부; 상기 흡입공에서 유입된 메탄을 저압으로 흡입하는 오리피스를 형성하고, 상기 오리피스로 이동된 메탄이 유입되어 고압을 유지하게 하는 포켓을 형성하는 스피어 저널; 및 상기 회전축의 외측에 고정되고, 상기 스피어 저널 사이에 메탄이 이동되어 마찰을 방지하는 부시를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제4베어링부는, 상기 메탄 분기관에서 분리되고, 추출된 메탄이 이동되는 제5관로; 상기 제5관로에 연결되고, 상기 몸체부 내측에 설치되어 상기 제5관로에서 이동된 메탄이 유입되는 하나 이상의 흡입공을 형성하는 고정부; 상기 흡입공에서 유입된 메탄을 저압으로 흡입하는 오리피스를 형성하고, 상기 오리피스로 이동된 메탄이 유입되어 고압을 유지하게 하는 포켓을 형성하는 스피어 저널; 상기 회전축의 외측에 고정되고, 상기 스피어 저널 사이에 메탄이 이동되어 마찰을 방지하는 부시; 및 상기 고정부와 스피어 저널 및 상기 스피어 저널과 부시 사이로 이동되는 메탄을 상기 메탄 펌프의 메탄 유입방향으로 피드백하는 제6관로를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 브릿지부재는, 상기 몸체부에서 기둥 형상으로 연장되고, 상기 고정부에 접촉되는 부분은 상기 고정부를 완전하게 감싸도록 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 고정부와 상기 스피어 저널 사이에는, 상기 회전축의 횡방향 진동을 흡수하는 역할을 수행하는 제1틈새부가 형성되고, 상기 제1틈새부에 메탄이 이동되어 내부를 윤활, 냉각하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 스피어 저널과 부시 사이에는, 상기 오리피스에서 상기 포켓으로 유입된 메탄에 의해 고압이 형성되어 이격되게 하는 제2틈새부를 형성하고, 상기 제2틈새부에 메탄이 이동되어 내부를 윤활, 냉각하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 스피어 저널에는, 상기 제1,제2틈새부를 통하여 이송된 메탄을 복귀하는 바이패스홀이 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제4베어링부의 고정부와 임펠러 사이에는, 임펠러에서 승압된 메탄이 제4베어링부로 유입되는 것을 차단하는 압력차단 시일러부재를 더 구비하고, 상기 고정부에는, 상기 바이패스홀과 상기 제1,제2틈새부로 이동된 메탄을 상기 제6관로로 배출하는 배출공이 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 제4베어링부의 배출측에는, 상기 바이패스홀과 상기 제1,제2틈새부로 이동된 메탄의 배출압력을 상승하게 하는 압력상승 임펠러를 더 구비하는 것 이 바람직하다.
삭제
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 로켓 추진용 메탄엔진 터보펌프를 사용하면, 터빈, 산화제펌프, 메탄펌프로 이루어진 터보펌프의 회전축을 지지하는 베어링부재에 윤활, 냉각을 수행하여 터보펌프를 재사용하도록 하는 장점을 지닌다.
또한, 터보펌프를 재사용하므로 메탄엔진에서 터보펌프를 교체하는 작업을 생략하여 메탄엔진의 재사용 특성을 향상시키는 장점을 지닌다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로켓 추진용 메탄엔진의 터보펌프를 설명하도록 한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반 에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 종래의 메탄엔진의 터보펌프를 보인 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 로켓 추진용 메탄엔진의 터보 펌프의 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 로켓 추진용 메탄엔진의 터보 펌프의 외관 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 로켓 추진용 메탄엔진의 터보 펌프의 내부 사시도이며, 도 5는 도 3에 따른 터보펌프 중에서 산화제 펌프의 부분 절개 사시도이다.
또한, 도 6은 도 5에 따른 산화제 펌프에서 제1베어링부의 부분 절개 사시도이며, 도 7은 도 5에 따른 산화제 펌프에서 제2베어링부의 부분 절개 사시도이고, 도 8은 도 3에 따른 터보펌프 중에서 산화제 펌프의 부분 절개 사시도이고, 도 9는 도 8에 따른 메탄 펌프에서 제3베어링부의 부분 절개 사시도이며, 도 10은 도 8에 따른 메탄 펌프에서 제4베어링부의 부분 절개 사시도이고, 도 11은 도 10에 따른 제4베어링부에서 회전축이 스피어 저널에서 분리된 상태를 보인 절개 사시도이며, 도 12는 도 11에 따른 회전축이 스피어 저널에서 결합된 상태 단면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 로켓 추진용 메탄엔진의 터보펌프(40)의 구성은, 터빈(50), 산화제펌프(70), 메탄펌프(100), 산화제펌프 베어링부(110), 메탄펌프 베어링부(120)를 포함한다.
터빈(50)은, 가스발생기(58)에서 발생되는 메탄가스 화염을 이용하여 구동력을 발생한다.
가스발생기(58)는, 연소추진기(미도시)에서 발생된 메탄가스를 메탄가스공급관(52)을 통해 가스발생기(58)로 공급하고, 산화가스유입관(54)으로 산소가스를 혼 합기(56)로 공급하여 가스발생기(58)에서 핫 가스(hot gas)를 가스유입관(60)을 통해 터빈(50) 내의 터빈디스크(62)에 공급하여 축 고정된 회전축(66)을 회전시키도록 구성된다.
터빈(50)의 터빈디스크(62)에 의하여 회전축(66)을 회전시킨 후, 핫 가스는 가스배출관(64)을 통하여 외부로 배출된다.
산화제 펌프(70)는, 터빈(50)에 연결되어 회전하는 회전축(66)에 결합된 임펠러(78)의 회동력으로 산화제저장탱크(71)에 저장되고, 산화제유입관(72)을 통하여 몸체부(68) 내로 유입된 산화제를 산화제 배출관(80)으로 배출하도록 구성된다.
메탄펌프(100)는, 터빈(50)에 연결되어 회전하는 회전축(66)에 결합된 임펠러(136)이 회동력으로 메탄저장탱크(130)에 저장되고, 메탄유입관(132)을 통하여 몸체부(68) 내로 유입된 메탄을 메탄 배출관(138)으로 배출하도록 구성된다.
산화제 펌프(70)의 회전축과 메탄 펌프(70)의 회전축은, 서로 일체로 연결되거나, 각각의 회전축을 스플라인 또는 다른 결합수단을 통하여 분리,결합 가능하도록 연결되어 터빈으로부터 동력을 전달받도록 구성될 수 있다.
그리고, 터빈(50)의 회전축은, 산화제 펌프(70)의 회전축, 메탄 펌프(50)의 회전축과 일체로 연결되거나, 스플라인 또는 다른 결합수단을 통하여 분리,결합 가능하도록 구성될 수 있다.
터보펌프(40)에서, 터빈(50), 산화제 펌프(70), 메탄펌프(100)의 배치순서는 다양하게 조합하는 것이 가능하다. 예를 들어, 터빈(50), 산화제 펌프(70), 메탄펌프(100)로 배치되거나, 산화제 펌프(70), 터빈(50), 메탄 펌프(100)로 배치되거나, 터빈(50), 메탄펌프(100), 산화제 펌프(70)로 배치되는 것이 가능하다.
산화제펌프(70)와 메탄펌프(100)에서 이송되는 산화제와 메탄은, 상(相)을 구분하지는 않지만, 액상(液相)의 유체가 이송되는 것이 가장 바람직하다.
산화제펌프 베어링부(110)는, 산화제 배출관(80)으로 배출되는 산화제의 일부를 분기 공급하고, 회전지지 되는 회전축(66) 주위를 윤활, 냉각하여 파손을 방지한다.
산화제펌프 베어링부(110)는, 산화제분기관(112), 제1베어링부(200), 제2베어링부(300)를 포함한다.
산화제분기관(112)은, 산화제 배출관(80)에서 산화제의 일부를 추출하는 역할을 한다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제1베어링부(200)는, 분기관(112)에서 추출된 산화제를 산화제 펌프(70)의 유입방향(전단부분)으로 공급하고, 회전축(66) 주위를 윤활, 냉각하여 파손을 방지한다.
제1베어링부(200)는, 제1관로(202), 브릿지부재(204), 고정부(208), 스피어 저널(212), 부시(220)를 포함한다.
제1관로(202)는, 산화제분기관(112)에서 분리되고, 추출된 산화제가 이동되게 하는 역할을 수행한다.
브릿지부재(204)는, 제1관로(202)에 연결되고, 산화제를 공급하는 유입구(206)를 형성하며, 회전축(66)에서 가하여지는 하중을 몸체부(68)로 전달하여 지지한다.
브릿지부재(204)는, 고정부(208)에 접촉되는 부분을 안정적으로 감싸도록 하는 씨이트(seat)부재(207)가 형성되고, 몸체부(68)와 연결되는 구간에는 산화제유입관(72)으로 유입된 액상의 산화제가 임펠러(78)로 공급될 수 있도록 원형 또는 다각형상의 단면을 갖는 기둥이 하나 이상 연결 설치되는 것이 바람직하다.
물론, 산화제유입관(72)으로 유입된 산화제가 임펠러(78)로 공급될 수 있고, 내부에 유입구(206)를 구비한다면, 어떤 형상이던지 무방하다.
고정부(208)는, 브릿지부재(204)에 연결되고, 유입구(206)에서 이동된 산화제가 유입되는 하나 이상의 흡입공(210)을 형성한다.
고정부(208)는, 한 개의 바디로 형성되거나, 분리, 결합이 용이하도록 두 개 이상의 바디로 형성될 수 있다.
흡입공(210)은, 고정부(208)의 원주에 등 간격으로 형성되는 것이 바람직하고, 브릿지부재(204)의 유입구(206) 끝단 부분에 형성된 씨이트부재(207)는, 공간을 갖는 상태로 고정부(208)의 흡입공(210)을 원주방향으로 감싸도록 형성되어 산화제가 공간부분을 통하여 원주방향에 등 간격으로 형성된 흡입공(210)에 골고루 유입되도록 구성되는 것이 바람직하다.
스피어 저널(212)은, 흡입공(210)에서 유입된 산화제를 저압으로 흡입하는 오리피스(214)를 형성하고, 오리피스(214)로 이동된 산화제가 유입되어 고압을 유지하게 하는 포켓(216)을 형성한다.
부시(220)는, 회전축(66)의 외측에 고정되고, 스피어 저널(212) 사이에 산화제가 이동되어 마찰을 방지한다.
포켓(216)은, 스피어 저널(212)의 내부면(218)에 사각형상의 요홈이 일정 깊이로 함몰되므로 형성되어 진다.
그리고, 고정부(208)와 스피어 저널(212) 사이에는, 회전축(66)의 횡방향 진동을 흡수하는 역할을 수행하는 제1틈새부(a)가 형성되고, 제1틈새부(a)에 산화제가 이동되어 내부를 윤활, 냉각한다.
또한, 스피어 저널(212)의 내부면(218)과 부시(220)의 외부면 사이에는, 오리피스(214)에서 포켓(216)으로 유입된 산화제에 의해 고압이 형성되어 이격되게 하는 제2틈새부(b)를 형성하고, 제2틈새부(b)에 산화제가 이동되어 내부를 윤활, 냉각한다.
이때, 오리피스(214)로 유입된 산화제가 제2틈새부(b)를 통하여 배출되어 스피어 저널(212)의 내부면(218)과 부시(220)의 외부면 사이에 일정한 틈새를 유지하면서 배출되고, 외부의 영향으로 편심이 생겨 틈새부(b)가 작아지면, 포켓(216) 내부의 압력이 상승하게 되고, 다시 틈새가 벌어지는 방향으로 움직이므로 스피어 저널(212)의 내부면(218)과 부시(220)의 외부면 사이에 일정한 간격을 유지하여 마찰을 방지한 상태로 고속으로 회전하는 회전축(66)의 회전을 지지하게 된다.
제1틈새부(a)는, 0.0002 ~ 0.05mm범위의 간격을 가지고, 제2틈새부(b)는, 0.02 ~ 0.15mm 범위의 간격을 갖는 것이 바람직하다.
부시(220)는, 터보펌프(40)의 재사용을 위하여 회전축(66)에서 교환이 가능하다.
도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제2베어링부(300)는, 분기관(112)에서 추 출된 산화제를 산화제 펌프(70)의 배출방향(후단부분)으로 공급하고, 회전축(66) 주위를 윤활, 냉각하여 파손을 방지한다.
제2베어링부(300)는, 제2관로(302), 고정부(308), 스피어 저널(312), 부시(320), 제3관로(328)를 포함한다.
제2관로(302)는, 산화제분기관(112)에서 분리되고, 추출된 산화제가 이동되게 하는 역할을 수행한다.
고정부(308)는, 몸체부(68) 내측에 설치되고, 제2관로(302)에서 이동된 산화제가 유입되는 하나 이상의 흡입공(310)을 형성한다.
고정부(308)는, 한 개의 바디로 형성되거나, 분리, 결합이 용이하도록 두 개 이상의 바디로 형성될 수 있다.
흡입공(310)은, 고정부(308)의 원주에 등 간격으로 형성되는 것이 바람직하고, 몸체부(68)의 내측 공간부분은, 고정부(308)의 흡입공(310)을 원주방향으로 감싸도록 형성되어 산화제가 골고루 유입되도록 구성되는 것이 바람직하다.
스피어 저널(312)은, 흡입공(310)에서 유입된 산화제를 저압으로 흡입하는 오리피스(314)를 형성하고, 오리피스(314)로 이동된 산화제가 유입되어 고압을 유지하게 하는 포켓(316)을 형성한다.
부시(320)는, 회전축(66)의 외측에 고정되고, 스피어 저널(312) 사이에 산화제가 이동되어 마찰을 방지한다.
포켓(316)은, 스피어 저널(312)의 내부면(316)에 사각형상의 요홈이 일정 깊이로 함몰되므로 형성되어 진다.
그리고, 고정부(308)와 스피어 저널(312) 사이에는, 회전축(66)의 횡방향 진동을 흡수하는 역할을 수행하는 제1틈새부(a)가 형성되고, 제1틈새부(a)에 산화제가 이동되어 내부를 윤활, 냉각한다.
또한, 스피어 저널(312)의 내부면(318)과 부시(320)의 외부면 사이에는, 오리피스(314)에서 포켓(316)으로 유입된 산화제에 의해 고압이 형성되어 이격되게 하는 제2틈새부(b)를 형성하고, 제2틈새부(b)에 산화제가 이동되어 내부를 윤활, 냉각한다.
이때, 오리피스(314)로 유입된 산화제가 제2틈새부(b)를 통하여 배출되어 스피어 저널(312)의 내부면(318)과 부시(320)의 외부면 사이에 일정한 틈새를 유지하면서 배출되고, 외부의 영향으로 편심이 생겨 틈새부(b)가 작아지면, 포켓(216) 내부의 압력이 상승하게 되고, 다시 틈새가 벌어지는 방향으로 움직이므로 스피어 저널(312)의 내부면(318)과 부시(320)의 외부면 사이에 일정한 간격을 유지하여 마찰을 방지한 상태로 고속으로 회전하는 회전축(66)의 회전을 지지하게 된다.
제1틈새부(a)는, 0.0002 ~ 0.05mm범위의 간격을 가지고, 제2틈새부(b)는, 0.02 ~ 0.15mm 범위의 간격을 갖는 것이 바람직하다.
부시(320)는, 터보펌프(40)의 재사용을 위하여 회전축(66)에서 교환이 가능하다.
제2베어링부(300)의 스피어 저널(312)에는, 제1,제2틈새부(a)(b)를 통하여 이송된 산화제를 복귀하는 바이패스홀(322)이 형성되고, 고정부(308)에는, 바이패스홀(322)과 제1,제2틈새부(a)(b)로 이동된 산화제를 제3관로(328)로 배출하는 배 출공(326)이 형성된다.
제3관로(328)는, 고정부(308)와 스피어 저널(312) 및 상기 스피어 저널(312)과 부시(320) 사이로 이동되는 산화제가 상기 산화제 펌프(70)의 산화제 유입방향으로 피드백되어 복귀유입구(330)로 공급되도록 구성된다.
그리고, 제2베어링부(300)의 고정부(308)와 임펠러(78) 사이에는, 임펠러(78)에서 승압된 산화제가 제2베어링부(300)로 유입되는 것을 차단하여 압력 상승을 방지하는 압력차단 시일러부재(304)를 더 구비한다.
또한, 제2베어링부(300)의 배출측에는, 바이패스홀(322)과 제1,제2틈새부(a)(b)로 이동된 산화제의 배출압력을 상승하게 하는 압력상승 임펠러(324)를 더 구비한다.
산화제 펌프(70)의 임펠러(78) 전단에는, 유입되는 액체 상태의 메탄에서 캐비테이션(cavitation)을 방지하고, 흡입력을 향상하도록 하나 이상의 인듀셔(74)(76)를 더 구비하도록 한다.
캐비테이션(cavitation)은, 펌프의 흡입부에서 국부적인 압력 저하로 인한 액체의 일부가 기화되어 기체 방울이 발생되는 현상을 말하며, 이때, 기체 방울이 급격히 붕괴되는 현상에 의한 압력분포의 왜곡으로 인하여 펌프에 심한 손상을 입힐 수 있다.
메탄펌프 베어링부(120)는, 메탄 배출관(138)으로 배출되는 메탄의 일부를 분기 공급하고, 회전지지 되는 회전축(66) 주위를 윤활, 냉각하여 파손을 방지한다.
메탄펌프 베어링부(120)는, 메탄분기관(122), 제3베어링부(400), 제4베어링부(500)를 포함한다.
메탄분기관(122)은, 메탄 배출관(138)에서 메탄의 일부를 추출하는 역할을 수행한다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제3베어링부(400)는, 분기관(122)에서 추출된 메탄을 메탄 펌프(100)의 유입방향(전단부분)으로 공급하고, 회전축(66) 주위를 윤활, 냉각하여 파손을 방지한다.
제3베어링부(400)는, 제4관로(402), 브릿지부재(404), 고정부(408), 스피어 저널(412), 부시(420)를 포함한다.
제4관로(402)는, 메탄 분기관(122)에서 분리되고, 추출된 메탄이 이동되게 하는 역할을 수행한다.
브릿지부재(404)는, 제4관로(402)에 연결되고, 메탄을 공급하는 유입구(406)를 형성하며, 회전축(66)에서 가하여지는 하중을 몸체부(68)로 전달하여 지지한다.
브릿지부재(404)는, 고정부(408)에 접촉되는 부분을 안정적으로 감싸도록 씨이트부재(407)가 형성되고, 몸체부(68)와 연결되는 구간에는 메탄유입관(132)으로 유입된 액상의 메탄이 임펠러(136)로 공급될 수 있도록 원형 또는 다각형상의 단면을 갖는 기둥이 하나 이상 연결 설치되는 것이 바람직하다.
물론, 메탄 유입관(132)으로 유입된 메탄이 임펠러(136)로 공급될 수 있고, 내부에 유입구(406)를 구비한다면, 어떤 형상이던지 무방하다.
고정부(408)는, 브릿지부재(404)에 연결되고, 유입구(406)에서 이동된 메탄 이 유입되는 하나 이상의 흡입공(410)을 형성한다.
고정부(408)는, 한 개의 바디로 형성되거나, 분리, 결합이 용이하도록 두 개 이상의 바디로 형성될 수 있다.
흡입공(410)은, 고정부(408)의 원주에 등 간격으로 형성되는 것이 바람직하고, 브릿지부재(404)의 유입구(406) 끝단 부분에 형성된 씨이트부재(407)는, 공간을 갖는 상태로 고정부(408)의 흡입공(410)을 원주방향으로 감싸도록 형성되어 메탄이 공간부분을 통하여 원주방향에 등 간격으로 형성된 흡입공(410)에 골고루 유입되도록 구성되는 것이 바람직하다.
스피어 저널(412)은, 흡입공(410)에서 유입된 메탄을 저압으로 흡입하는 오리피스(414)를 형성하고, 오리피스(414)로 이동된 메탄이 유입되어 고압을 유지하게 하는 포켓(416)을 형성한다.
부시(420)는, 회전축(66)의 외측에 고정되고, 스피어 저널(412) 사이에 메탄이 이동되어 마찰을 방지한다.
포켓(416)은, 스피어 저널(412)의 내부면(418)에 사각형상의 요홈이 일정 깊이로 함몰되므로 형성되어 진다.
그리고, 고정부(408)와 스피어 저널(412) 사이에는, 회전축(66)의 횡방향 진동을 흡수하는 역할을 수행하는 제1틈새부(a)가 형성되고, 제1틈새부(a)에 메탄이 이동되어 내부를 윤활, 냉각한다.
또한, 스피어 저널(412)의 내부면(418)과 부시(420)의 외부면 사이에는, 오리피스(414)에서 포켓(416)으로 유입된 메탄에 의해 고압이 형성되어 이격되게 하 는 제2틈새부(b)를 형성하고, 제2틈새부(b)에 메탄이 이동되어 내부를 윤활, 냉각한다.
이때, 오리피스(414)로 유입된 메탄이 제2틈새부(b)를 통하여 배출되어 스피어 저널(412)의 내부면(418)과 부시(420)의 외부면 사이에 일정한 틈새를 유지하면서 배출되고, 외부의 영향으로 편심이 생겨 틈새부(b)가 작아지면, 포켓(416) 내부의 압력이 상승하게 되고, 다시 틈새가 벌어지는 방향으로 움직이므로 스피어 저널(412)의 내부면(418)과 부시(420)의 외부면 사이에 일정한 간격을 유지하여 마찰을 방지한 상태로 고속으로 회전하는 회전축(66)의 회전을 지지하게 된다.
제1틈새부(a)는, 0.0002 ~ 0.05mm범위의 간격을 가지고, 제2틈새부(b)는, 0.02 ~ 0.15mm 범위의 간격을 갖는 것이 바람직하다.
한편, 메탄이 오리피스(414)로 유입되어 좌,우 양측으로 배출될 때, 좌측유로가 우측유로에 비하여 유로길이가 길어 압력손실이 많으므로 메탄의 유량이 적어질 수 있다. 따라서, 압력의 손실을 보충하여 바이패스홀(422)로 메탄의 원활한 배출이 이루어지도록 압력상승 임펠러(424)를 고정부(408)의 좌측에 더 구비한다.
부시(420)는, 터보펌프(40)의 재사용을 위하여 회전축(66)에서 교환이 가능하다.
도 8 및 도 10에 도시된 바와 같이, 제4베어링부(500)는, 분기관(112)에서 추출된 메탄을 메탄 펌프(100)의 배출방향(후단부분)으로 공급하고, 회전축(66) 주위를 윤활, 냉각하여 파손을 방지한다.
제4베어링부(500)는, 제5관로(502), 고정부(508), 스피어 저널(512), 부 시(520), 제6관로(528)를 포함한다.
제5관로(502)는, 메탄 분기관(122)에서 분리되고, 추출된 메탄이 이동되게 하는 역할을 수행한다.
고정부(508)는, 몸체부(68) 내측에 설치되고, 제5관로(502)에서 이동된 메탄이 유입되는 하나 이상의 흡입공(510)을 형성한다.
고정부(508)는, 한 개의 바디로 형성되거나, 분리, 결합이 용이하도록 두 개 이상의 바디로 형성될 수 있다.
흡입공(510)은, 고정부(508)의 원주에 등 간격으로 형성되는 것이 바람직하고, 몸체부(68)의 내측 공간부분은, 고정부(508)의 흡입공(510)을 원주방향으로 감싸도록 형성되어 메탄이 골고루 유입되도록 구성되는 것이 바람직하다.
스피어 저널(512)은, 흡입공(510)에서 유입된 메탄을 저압으로 흡입하는 오리피스(514)를 형성하고, 오리피스(514)로 이동된 메탄이 유입되어 고압을 유지하게 하는 포켓(516)을 형성한다.
부시(520)는, 회전축(66)의 외측에 고정되고, 스피어 저널(512) 사이에 메탄이 이동되어 마찰을 방지한다.
포켓(516)은, 스피어 저널(512)의 내부면에 사각형상의 요홈이 일정 깊이로 함몰 형성되어 진다.
그리고, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 고정부(508)와 스피어 저널(512) 사이에는, 회전축(66)의 횡방향 진동을 흡수하는 역할을 수행하는 제1틈새부(a)가 형성되고, 제1틈새부(a)에 메탄이 이동되어 내부를 윤활, 냉각한다.
또한, 스피어 저널(512)의 내부면(518)과 부시(520)의 외부면 사이에는, 오리피스(514)에서 포켓(516)으로 유입된 액상의 메탄에 의해 고압이 형성되어 이격되게 하는 제2틈새부(b)를 형성하고, 제2틈새부(b)에 메탄이 이동되어 내부를 윤활, 냉각한다.
이때, 오리피스(514)로 유입된 메탄이 제2틈새부(b)를 통하여 배출되어 스피어 저널(512)의 내부면(518)과 부시(520)의 외부면 사이에 일정한 틈새를 유지하면서 배출되고, 외부의 영향으로 편심이 생겨 틈새부(b)가 작아지면, 포켓(516) 내부의 압력이 상승하게 되고, 다시 틈새가 벌어지는 방향으로 움직이므로 스피어 저널(512)의 내부면(518)과 부시(520)의 외부면 사이에 일정한 간격을 유지하여 마찰을 방지한 상태로 회전축(66)의 회전을 지지하게 된다.
제1틈새부(a)는, 0.0002 ~ 0.05mm범위의 간격을 가지고, 제2틈새부(b)는, 0.02 ~ 0.15mm 범위의 간격을 갖는 것이 바람직하다.
부시(520)는, 터보펌프(40)의 재사용을 위하여 회전축(66)에서 교환이 가능하다.
제4베어링부(500)의 스피어 저널(512)에는, 제1,제2틈새부(a)(b)를 통하여 이송된 메탄을 복귀하는 바이패스홀(522)이 형성되고, 고정부(508)에는, 바이패스홀(522)과 제1,제2틈새부(a)(b)로 이동된 메탄을 제6관로(528)로 배출하는 배출공(526)이 형성된다.
제6관로(528)는, 고정부(508)와 스피어 저널(512) 및 상기 스피어 저널(512)과 부시(520) 사이로 이동되는 메탄이 상기 메탄 펌프(100)의 메탄 유입방향으로 피드백되어 유입공간부(530)로 이송되도록 구성된다.
유입공간부(530)는, 메탄유입관(132)의 내부공간과 연통되도록 형성하여 제6관로(528)로 피드백된 메탄과 메탄유입관(132)으로 유입된 메탄이 함께 이송되도록 형성되는 공간부분이다.
그리고, 제4베어링부(500)의 고정부(508)와 임펠러(136) 사이에는, 임펠러(136)에서 승압된 액상의 메탄이 제4베어링부(500)로 유입되는 것을 차단하여 압력 상승을 방지하는 압력차단 시일러부재(504)를 더 구비한다.
또한, 제4베어링부(500)의 배출측에는, 바이패스홀(522)과 제1,제2틈새부(a)(b)로 이동된 메탄의 배출압력을 상승하게 하는 압력상승 임펠러(524)를 더 구비한다.
메탄 펌프(100)의 임펠러(136) 전단에는, 유입되는 액체 상태의 메탄에서 캐비테이션(cavitation)을 방지하고, 흡입력을 향상하도록 하나 이상의 인듀셔(134)를 더 구비하도록 한다.
캐비테이션(cavitation)은, 펌프의 흡입부에서 국부적인 압력 저하로 인한 액체의 일부가 기화되어 기체방울이 발생되는 현상을 말하며, 이때, 기체방울이 급격히 붕괴되는 현상에 의한 압력분포의 왜곡으로 인하여 펌프에 심한 손상을 입힐 수 있다.
한편, 산화제 펌프(70)와 메탄펌프(100) 사이에는 서로를 분리하도록 하는 분리부재(90)를 더 구비한다. 분리부재(90)는, 블럭 형상으로 형성되는 것이 바람직하고, 관로를 통하여 작동유체를 공급하여 회전축(66)에 접한 부분을 윤활하고, 냉각하도록 구성할 수 있다.
이하, 첨부도면에 의거하여 본 발명의 일 실시예의 작용을 살펴보도록 한다.
도면에 도시된 바와 같이, 연소추진기(미도시)에서 메탄가스의 일부를 인출하여 메탄가스공급관(52)을 통하여 가스발생기(48)로 공급하고, 산화제를 산화가스 공급관(54)을 통하여 혼합기(56)로 공급하여 점화시키므로 가스발생기(48)로 유입된 메탄가스에 화염이 발생되면서 가스유입관(60)으로 공급된다.
그리고, 가스유입관(60)으로 배출되는 메탄의 핫 가스는 터빈(50)의 터빈디스크(62)를 구동시키게 되고, 터빈디스크(62)에 축 연결된 회전축(66)을 고속으로 회동시키게 된다.
한편, 회전축(66)의 회동으로 터보펌프(40)에서 축 연결되어 산화제펌프(70)와 메탄펌프(100)를 동시에 구동시키게 된다.
산화제 펌프(70)는, 회전축(66)에 의하여 몸체부(68)내에 설치된 임펠러(78)가 회전하면서 산화제저장탱크(71)에 저장된 액체 상태의 산화제를 산화제 유입관(72)을 거쳐 유입하여 고압으로 산화제배출관(80)으로 배출하게 된다.
그리고, 메탄펌프(100)는, 회전축(66)에 의하여 몸체부(68) 내에 설치된 임펠러(136)가 회전하면서 메탄저장탱크(130)에 저장된 액체 상태의 메탄을 메탄 유입관(132)을 거쳐 유입하여 고압으로 메탄배출관(138)으로 배출하게 된다.
상기 임펠러(78)(136) 전방에는 유입되는 액체 상태의 메탄에서 캐비테이션(cavitation)을 방지하고, 흡입력을 향상하도록 스크류 형상이고, 하나 이상의 인듀셔(74)(76)(134)를 더 구비하도록 한다.
한편, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제1,제2베어링(200)(300)을 윤활,냉각하는 상태를 살펴 본다.
산화제배출관(80)으로 배출되는 산화제의 일부를 추출하여 산화제 분기관(112)로 분기하고, 분기된 산화제의 일부는 제1관로(202)를 통하여 산화제 유입방향에 설치된 제1베어링부(200)로 공급하고, 분기된 산화제의 나머지 일부는 제2관로(302)를 통하여 산화제펌프(70)의 배출방향에 설치된 제2베어링부(300)로 공급한다.
제1관로(202)로 유입된 산화제는 몸체부(68)의 내측에 형성된 브릿지부재(204)의 유입구(206)를 통하여 고정부(208)의 흡입공(210)과 스피어 저널(212)의 오리피스(214)를 거쳐 스피어 저널(212)의 내부면(218)과 부시(220)의 외부면에 사이에 형성된 제2틈새부(b)를 거쳐 좌,우 양측으로 배출되어진다.
그리고, 일부의 산화제는, 고정부(208)과 스피어 저널(212) 사이에 형성된 제1틈새부(a)를 거쳐 좌,우 양측으로 배출되어 진다.
좌측으로 배출된 산화제는 다수의 브릿지부재(204)의 사이의 공간을 통하여 우측으로 이송되어지고, 우측으로 배출된 산화제와 만나서 재차 산화제 배출관(80)으로 배출된다.
그리고, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제2관로(302)로 유입된 산화제는 몸체부(68)의 내측에 형성된 고정부(308)의 흡입공(310)과 스피어 저널(312)의 오리피스(314)를 거쳐 스피어 저널(312)의 내부면(318)과 부시(320)의 외부면에 사이에 형성된 제2틈새부(b)를 거쳐 좌,우 양측으로 배출되어진다.
그리고, 일부의 산화제는, 고정부(308)과 스피어 저널(312) 사이에 형성된 제1틈새부(a)를 거쳐 좌,우 양측으로 배출되어 진다.
좌측으로 배출된 산화제는, 스피어 저널(312)에 형성된 다수의 바이패스홀(322)을 통하여 우측으로 이송되어지고, 우측으로 배출된 산화제와 만나서 압력상승 임펠러(324)의 작용에 의하여 배출공(326)을 통하여 제3관로(328)로 배출되어 진다.
한편, 고정부(308) 및 스피어 저널(312)의 좌측에는 임펠러(78)에서 가하여지는 압력을 차단하도록 압력차단 시일러(304)가 구비되어 진다.
그리고, 제3관로(328)으로 피드백(feed back)되는 산화제는, 복귀유입구(330)로 복귀되어 산화제유입관(72)에서 유입되는 산화제와 더불어 인듀서(74)(78) 및 임펠러(78)를 거쳐 산화제 배출관(80)으로 배출된다.
이러한 상태는 지속적으로 반복되어 지면서, 이루어지고, 제1,제2베어링부재(200)(300)의 제1,제2틈새부(a)(b)의 사이의 간격을 유지하면서 윤활 및 냉각을 수행하게 된다.
도 2 및 13에 도시된 바와 같이, 제3,제4베어링(400)(500)을 윤활,냉각하는 상태를 살펴 본다.
메탄배출관(138)으로 배출되는 메탄의 일부를 추출하여 메탄 분기관(122)로 분기하고, 분기된 메탄의 일부는 제4관로(402)를 통하여 메탄 유입방향에 설치된 제3베어링부(400)로 공급하고, 분기된 메탄의 나머지 일부는 제5관로(502)를 통하여 메탄펌프(100)의 배출방향에 설치된 제4베어링부(500)로 공급한다.
그리고, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제4관로(402)로 유입된 메탄은 몸체부(68)의 내측에 형성된 브릿지부재(404)의 유입구(406)를 통하여 고정부(408)의 흡입공(410)과 스피어 저널(412)의 오리피스(414)를 거쳐 스피어 저널(412)의 내부면(418)과 부시(420)의 외부면에 사이에 형성된 제2틈새부(b)를 거쳐 좌,우 양측으로 배출되어진다.
그리고, 일부의 메탄은, 고정부(208)과 스피어 저널(212) 사이에 형성된 제1틈새부(a)를 거쳐 좌,우 양측으로 배출되어 진다.
좌측으로 배출된 메탄은 씨이트부재(407)에 다수 형성된 바이패스홀(422)을 거쳐 우측으로 이송되어지고, 우측으로 배출된 메탄과 만나서 재차 메탄 배출관(138)으로 배출된다. 이때, 바이패스홀(422)은, 스피어 저널(412)에도 형성될 수 있다.
이때, 고정부(408) 죄측에는 압력상승 임펠러(424)가 구비되어져 좌측으로 배출되는 메탄의 압력상승을 도와 주도록 한다.
그리고, 도 8 및 도 10에 도시된 바와 같이, 제5관로(502)로 유입된 메탄은 몸체부(68)의 내측에 형성된 고정부(508)의 흡입공(510)과 스피어 저널(512)의 오리피스(514)를 거쳐 스피어 저널(512)의 내부면(518)과 부시(520)의 외부면에 사이에 형성된 제2틈새부(b)를 거쳐 좌,우 양측으로 배출되어진다.
그리고, 일부의 메탄은, 고정부(508)과 스피어 저널(512) 사이에 형성된 제1틈새부(a)를 거쳐 좌,우 양측으로 배출되어 진다.
좌측으로 배출된 메탄은, 스피어 저널(512)에 형성된 다수의 바이패스 홀(522)을 통하여 우측으로 이송되어 지고, 우측으로 배출된 메탄과 만나서 압력상승 임펠러(524)의 작용에 의하여 배출공(526)을 통하여 제6관로(528)로 배출되어 진다.
한편, 고정부(508) 및 스피어 저널(512)의 좌측에는 임펠러(136)에서 가하여지는 압력을 차단하도록 압력차단 시일러(504)가 구비되어 진다.
그리고, 제6관로(328)으로 피드백(feed back)되는 메탄은, 유입공간부(530)로 복귀되어 메탄유입관(132)에서 유입되는 메탄과 더불어 인듀서(134) 및 임펠러(136)를 거쳐 메탄 배출관(138)으로 배출된다.
이러한 상태는 지속적으로 반복되어 지면서, 이루어지고, 제3,제4베어링부재(400)(500)의 제1,제2틈새부(a)(b)의 사이의 간격을 유지하면서 윤활 및 냉각을 수행하게 된다.
이와 같이, 제1,제2,제3,제4베어링부(200)(300)(400)(500)의 제1틈새부(a)의 윤활 및 냉각에 의하여 회전축(66)의 횡방향 진동을 흡수하는 역할을 수행하게 되어 회전축(66) 및 제1,제2,제3,제4베어링부가 파손되는 것을 방지하게 된다.
또한, 제1,제2,제3,제4베어링부(200)(300)(400)(500)의 제2틈새부(b)의 윤할 및 냉각에 의하여 스피어 저널과 부시 사이의 간격을 회전축(66)의 고속 회전에도 불구하고 일정하게 유지하여, 어떠한 악 조건에서도 베어링부가 파손되는 것을 방지하고 마멸되는 수준에 그치므로 터보펌프(40)를 재사용하는 것이 가능하다.
본 일 실시예에서는, 제1,제2,제3,제4베어링부(200)(300)(400)(500)와 같이, 4개의 베어링부를 구비하는 것으로 도시하였으나, 산화제펌프(70)와 터보펌프(100) 에 각각 구비되는 베어링부의 설치 갯수는 그보다 작거나 더 많을 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 도면에서 터보펌프(40)의 구성은, 터빈(50), 산화제펌프(70) 및 메탄펌프(100)를 모두 구비하는 것으로 도시하였으나, 산화제펌프(70)를 제외하고, 터빈(50)과 메탄펌프(100)만 회전축에 의하여 같이 구동하도록 구성할 수도 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
도 1은 종래의 메탄엔진의 터보펌프를 보인 도면.
도 2는 본 발명에 따른 로켓 추진용 메탄엔진의 터보 펌프의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 로켓 추진용 메탄엔진의 터보 펌프의 외관 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 로켓 추진용 메탄엔진의 터보 펌프의 내부 사시도.
도 5는 도 3에 따른 터보펌프 중에서 산화제 펌프의 부분 절개 사시도.
도 6은 도 5에 따른 산화제 펌프에서 제1베어링부의 부분 절개 사시도.
도 7은 도 5에 따른 산화제 펌프에서 제2베어링부의 부분 절개 사시도.
도 8은 도 3에 따른 터보펌프 중에서 산화제 펌프의 부분 절개 사시도.
도 9는 도 8에 따른 메탄 펌프에서 제3베어링부의 부분 절개 사시도.
도 10은 도 8에 따른 메탄 펌프에서 제4베어링부의 부분 절개 사시도.
도 11은 도 10에 따른 제4베어링부에서 회전축이 스피어 저널에서 분리된 상태를 보인 절개 사시도.
도 12는 도 11에 따른 회전축이 스피어 저널에서 결합된 상태 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
40 : 터보펌프 50 : 터빈
58 : 가스발생기 62 : 터빈디스크
66 : 회전축 68 : 몸체부
70 : 산화제펌프 72 : 산화제유입관
74,76,134 : 인듀셔 78, 136 : 임펠러
80 : 산화제배출관 90 : 분리부재
100 : 메탄펌프 110 : 산화제 베어링부
112 : 산화제 분기관 122 : 메탄 분기관
120 : 메탄펌프 베어링부 130 : 메탄저장탱크
200,300,400,500 : 제1,제2,제3,제4베어링부재
202,302,328,402,502,528 : 제1,제2,제3,제4,제5,제6관로
204, 404 : 브릿지부재 206, 406 : 유입구
208,309,408,508 : 고정부
210,310,410,510 : 흡입공
212,312,412,512 : 스피어 저널
214,314,414,514 : 오리피스
216,316,416,516 : 포켓
218,318,418,518 : 내부면
220,320,420,520 : 부시
322,422,522 : 바이패스홀
304, 504 : 압력차단 시일러부재
324,524 : 압력상승 임펠러
a : 제1틈새부 b : 제2틈새부

Claims (21)

  1. 구동력을 발생하는 터빈;
    상기 터빈에 연결되어 회전하는 회전축에 결합된 임펠러를 이용하여 몸체부 내로 유입된 메탄을 메탄 배출관으로 배출하는 메탄펌프; 및
    상기 메탄배출관으로 배출되는 메탄의 일부를 분기 공급하고, 회전지지 되는 상기 회전축 주위를 윤활, 냉각하여 파손을 방지하는 메탄펌프 베어링부를 포함하고,
    상기 메탄펌프 베어링부는, 상기 메탄 배출관에서 메탄의 일부를 추출하는 메탄 분기관;
    상기 메탄 분기관에서 추출된 메탄을 상기 메탄 펌프의 유입방향으로 공급하고, 상기 메탄 펌프의 회전축 주위를 윤활, 냉각하여 파손을 방지하는 제3베어링부; 및
    상기 메탄 분기관에서 추출된 메탄을 상기 메탄 펌프의 배출방향으로 공급하고, 상기 메탄 펌프의 회전축 주위를 윤활, 냉각하여 파손을 방지하는 제4베어링부를 포함하며,
    상기 제3베어링부는, 상기 메탄 분기관에서 분리되고, 추출된 메탄이 이동되는 제4관로;
    상기 제4관로에 연결되어 메탄을 공급하고, 상기 회전축에서 가하여지는 하중을 몸체부로 전달하여 지지하는 하나 이상의 브릿지부재;
    상기 브릿지부재에 연결되고, 상기 유입구에서 이동된 메탄이 유입되는 하나 이상의 흡입공을 형성하는 고정부;
    상기 흡입공에서 유입된 메탄을 저압으로 흡입하는 오리피스를 형성하고, 상기 오리피스로 이동된 메탄이 유입되어 고압을 유지하게 하는 포켓을 형성하는 스피어 저널; 및
    상기 회전축의 외측에 고정되고, 상기 스피어 저널 사이에 메탄이 이동되어 마찰을 방지하는 부시를 포함하는 로켓 추진용 메탄엔진의 터보펌프.
  2. 구동력을 발생하는 터빈;
    상기 터빈에 연결되어 회전하는 회전축에 결합된 임펠러를 이용하여 몸체부 내로 유입된 산화제를 산화제 배출관으로 배출하는 산화제 펌프;
    상기 터빈에 연결되어 회전하는 회전축에 결합된 임펠러를 이용하여 몸체부 내로 유입된 메탄을 메탄 배출관으로 배출하는 메탄펌프;
    상기 산화제배출관으로 배출되는 산화제의 일부를 분기 공급하고, 회전지지 되는 상기 회전축 주위를 윤활, 냉각하여 파손을 방지하는 산화제펌프 베어링부; 및
    상기 메탄배출관으로 배출되는 메탄의 일부를 분기 공급하고, 회전지지 되는 상기 회전축 주위를 윤활, 냉각하여 파손을 방지하는 메탄펌프 베어링부를 포함하고,
    상기 산화제펌프 베어링부는, 상기 산화제 배출관에서 산화제의 일부를 추출하는 산화제분기관;
    상기 산화제분기관에서 추출된 산화제를 상기 산화제 펌프의 유입방향으로 공급하고, 상기 산화제 펌프의 회전축 주위를 윤활, 냉각하여 파손을 방지하는 제1베어링부; 및
    상기 산화제분기관에서 추출된 산화제를 상기 산화제 펌프의 배출방향으로 공급하고, 상기 산화제 펌프의 회전축 주위를 윤활, 냉각하여 파손을 방지하는 제2베어링부를 포함하고,
    상기 제1베어링부는, 상기 산화제분기관에서 분리되고, 추출된 산화제가 이동되는 제1관로;
    상기 제1관로에 연결되고, 산화제를 공급하는 유입구를 형성하며, 상기 회전축에서 가하여지는 하중을 몸체부로 전달하여 지지하는 하나 이상의 브릿지부재;
    상기 브릿지부재에 연결되고, 상기 유입구에서 이동된 산화제가 유입되는 하나 이상의 흡입공을 형성하는 고정부;
    상기 흡입공에서 유입된 산화제를 저압으로 흡입하는 오리피스를 형성하고, 상기 오리피스로 이동된 산화제가 유입되어 고압을 유지하게 하는 포켓을 형성하는 스피어 저널; 및
    상기 회전축의 외측에 고정되고, 상기 스피어 저널 사이에 산화제가 이동되어 마찰을 방지하는 부시를 포함하는 로켓 추진용 메탄엔진의 터보펌프.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2베어링부는, 상기 산화제분기관에서 분리되고, 추출된 산화제가 이동되는 제2관로;
    상기 제2관로에 연결되고, 상기 몸체부 내측에 설치되어 상기 제2관로에서 이동된 산화제가 유입되는 하나 이상의 흡입공을 형성하는 고정부;
    상기 흡입공에서 유입된 산화제를 저압으로 흡입하는 오리피스를 형성하고, 상기 오리피스로 이동된 산화제가 유입되어 고압을 유지하게 하는 포켓을 형성하는 스피어 저널;
    상기 회전축의 외측에 고정되고, 상기 스피어 저널 사이에 산화제가 이동되어 마찰을 방지하는 부시; 및
    상기 고정부와 스피어 저널 및 상기 스피어 저널과 부시 사이로 이동되는 산화제를 상기 산화제 펌프의 산화제 유입방향으로 피드백하는 제3관로를 포함하는 로켓 추진용 메탄엔진의 터보펌프.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 브릿지부재는, 상기 몸체부에서 기둥 형상으로 연장되고, 상기 고정부에 접촉되는 부분은 상기 고정부를 완전하게 감싸도록 형성된 것을 특징으로 하는 로켓 추진용 메탄엔진의 터보펌프.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 고정부와 상기 스피어 저널 사이에는, 상기 회전축의 횡방향 진동을 흡수하는 역할을 수행하는 제1틈새부가 형성되고, 상기 제1틈새부에 산화제가 이동되어 내부를 윤활, 냉각하는 것을 특징으로 하는 로켓 추진용 메탄엔진의 터보펌프.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 스피어 저널과 상기 부시 사이에는, 상기 오리피스에서 상기 포켓으로 유입된 산화제에 의해 고압이 형성되어 이격되게 하는 제2틈새부를 형성하고, 상기 제2틈새부에 산화제가 이동되어 내부를 윤활, 냉각하는 것을 특징으로 하는 로켓 추진용 메탄엔진의 터보펌프.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2베어링부의 고정부와 스피어 저널 사이에는, 상기 회전축의 횡방향 진동을 흡수하는 역할을 수행하는 제1틈새부가 형성되고, 상기 제1틈새부에 산화제가 이동되어 내부를 윤활, 냉각하며,
    상기 제2베어링부의 스피어 저널과 부시 사이에는, 상기 오리피스에서 상기 포켓으로 유입된 산화제에 의해 고압이 형성되어 이격되게 하는 제2틈새부를 형성하고, 상기 제2틈새부에 산화제가 이동되어 내부를 윤활, 냉각하며,
    상기 스피어 저널에는, 상기 제1,제2틈새부를 통하여 이송된 산화제를 복귀하는 바이패스홀이 형성되고,
    상기 고정부에는, 상기 바이패스홀과 상기 제1,제2틈새부로 이동된 산화제를 상기 제3관로로 배출하는 배출공이 형성된 것을 특징으로 하는 로켓 추진용 메탄엔진의 터보펌프.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2베어링부의 고정부와 임펠러 사이에는, 임펠러에서 승압된 산화제가 제2베어링부로 유입되는 것을 차단하여 압력 상승을 방지하는 압력차단 시일러부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 로켓 추진용 메탄엔진의 터보펌프.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2베어링부의 배출측에는, 상기 바이패스홀과 상기 제1,제2틈새부로 이동된 산화제의 배출압력을 상승하게 하는 압력상승 임펠러를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 로켓 추진용 메탄엔진 터보펌프.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 메탄펌프 베어링부는, 상기 메탄 배출관에서 메탄의 일부를 추출하는 메탄 분기관;
    상기 메탄 분기관에서 추출된 메탄을 상기 메탄 펌프의 유입방향으로 공급하고, 상기 메탄 펌프의 회전축 주위를 윤활, 냉각하여 파손을 방지하는 제3베어링부; 및
    상기 메탄 분기관에서 추출된 메탄을 상기 메탄 펌프의 배출방향으로 공급하고, 상기 메탄 펌프의 회전축 주위를 윤활, 냉각하여 파손을 방지하는 제4베어링부를 포함하는 로켓 추진용 메탄엔진의 터보펌프.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제3베어링부는, 상기 메탄 분기관에서 분리되고, 추출된 메탄이 이동되는 제4관로;
    상기 제4관로에 연결되어 메탄을 공급하고, 상기 회전축에서 가하여지는 하중을 몸체부로 전달하여 지지하는 하나 이상의 브릿지부재;
    상기 브릿지부재에 연결되고, 상기 유입구에서 이동된 메탄이 유입되는 하나 이상의 흡입공을 형성하는 고정부;
    상기 흡입공에서 유입된 메탄을 저압으로 흡입하는 오리피스를 형성하고, 상기 오리피스로 이동된 메탄이 유입되어 고압을 유지하게 하는 포켓을 형성하는 스피어 저널; 및
    상기 회전축의 외측에 고정되고, 상기 스피어 저널 사이에 메탄이 이동되어 마찰을 방지하는 부시를 포함하는 로켓 추진용 메탄엔진의 터보펌프.
  14. 제 1 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 제4베어링부는, 상기 메탄 분기관에서 분리되고, 추출된 메탄이 이동되는 제5관로;
    상기 제5관로에 연결되고, 상기 몸체부 내측에 설치되어 상기 제5관로에서 이동된 메탄이 유입되는 하나 이상의 흡입공을 형성하는 고정부;
    상기 흡입공에서 유입된 메탄을 저압으로 흡입하는 오리피스를 형성하고, 상기 오리피스로 이동된 메탄이 유입되어 고압을 유지하게 하는 포켓을 형성하는 스피어 저널;
    상기 회전축의 외측에 고정되고, 상기 스피어 저널 사이에 메탄이 이동되어 마찰을 방지하는 부시; 및
    상기 고정부와 스피어 저널 및 상기 스피어 저널과 부시 사이로 이동되는 메탄을 상기 메탄 펌프의 메탄 유입방향으로 피드백하는 제6관로를 포함하는 로켓 추진용 메탄엔진의 터보펌프.
  15. 제 1 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 브릿지부재는, 상기 몸체부에서 기둥 형상으로 연장되고, 상기 고정부에 접촉되는 부분은 상기 고정부를 완전하게 감싸도록 형성된 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 로켓 추진용 메탄엔진의 터보펌프.
  16. 제 1 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 고정부와 상기 스피어 저널 사이에는, 상기 회전축의 횡방향 진동을 흡수하는 역할을 수행하는 제1틈새부가 형성되고, 상기 제1틈새부에 메탄이 이동되어 내부를 윤활, 냉각하는 것을 특징으로 하는 로켓 추진용 메탄엔진의 터보펌프.
  17. 제 1 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 스피어 저널과 부시 사이에는, 상기 오리피스에서 상기 포켓으로 유입된 메탄에 의해 고압이 형성되어 이격되게 하는 제2틈새부를 형성하고,
    상기 제2틈새부에 메탄이 이동되어 내부를 윤활, 냉각하는 것을 특징으로 하는 로켓 추진용 메탄엔진의 터보펌프.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 제4베어링부의 고정부와 스피어 저널 사이에는, 상기 회전축의 횡방향 진동을 흡수하는 역할을 수행하는 제1틈새부가 형성되고, 상기 제1틈새부에 메탄이 이동되어 내부를 윤활, 냉각하고,
    상기 제4베어링부의 스피어 저널과 부시 사이에는, 상기 오리피스에서 상기 포켓으로 유입된 메탄에 의해 고압이 형성되어 이격되게 하는 제2틈새부를 형성하고, 상기 제2틈새부에 메탄이 이동되어 내부를 윤활, 냉각하며,
    상기 스피어 저널에는, 상기 제1,제2틈새부를 통하여 이송된 메탄을 복귀하는 바이패스홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 로켓 추진용 메탄엔진의 터보펌프.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제4베어링부의 고정부와 임펠러 사이에는, 임펠러에서 승압된 메탄이 제4베어링부로 유입되는 것을 차단하는 압력차단 시일러부재를 더 구비하고,
    상기 고정부에는, 상기 바이패스홀과 상기 제1,제2틈새부로 이동된 메탄이 상기 제6관로로 배출하는 배출공이 형성된 것을 특징으로 하는 로켓 추진용 메탄엔진의 터보펌프.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제4베어링부의 배출측에는, 상기 바이패스홀과 상기 제1,제2틈새부로 이동된 메탄의 배출압력을 상승하게 하는 압력상승 임펠러를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 로켓 추진용 메탄엔진 터보펌프.
  21. 삭제
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