KR101043176B1 - 가스터빈의 베어링 오일공급장치 - Google Patents

가스터빈의 베어링 오일공급장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 가스터빈의 베어링 오일공급장치는 외부로부터 오일이 공급되는 오일 저장실이 마련된 고정체와, 상기 고정체의 내부에 베어링을 매개로 회전 가능하게 지지되며 상기 오일 저장실 측에 개방부가 마련되고 내부에 중공부가 마련된 회전체를 포함하는 가스터빈에 적용되는 것으로서, 상기 오일 저장실의 오일을 상기 베어링의 후방에 분사할 수 있도록 상기 오일 저장실과 연결되게 상기 고정체에 마련된 제 1 오일통로유닛; 상기 오일 저장실의 오일을 상기 회전체의 개방부를 통해 상기 회전체의 중공부에 분사할 수 있도록 상기 오일 저장실의 격벽에 마련된 분사공; 상기 분사공로부터 분사된 상기 중공부의 오일을 상기 회전체의 원심력에 의해 상기 베어링의 전방으로 안내할 수 있도록 상기 회전체에 마련된 제 2 오일통로유닛을 포함한다.
가스터빈, 베어링, 전방, 후방, 오일 공급, 원심력

Description

가스터빈의 베어링 오일공급장치{APPARATUS FOR PROVIDING BEARING WITH OIL FOR GAS TURBINE}
본 발명은 가스터빈에 관한 것으로서, 특히 가스터빈의 회전체를 지지하는 베어링의 전방 및 후방에 오일을 균일하게 공급할 수 있는 가스터빈의 베어링 오일공급장치에 관한 것이다.
가스터빈은 고온·고압의 연소가스로 터빈을 가동시키는 회전형 열기관으로서, 압축기, 연소기, 터빈으로 이루어져 있다. 보다 구체적으로, 가스터빈은 압축기로 공기를 압축하고 연소실에서 압축된 공기와 연료를 연소한다. 이때 생긴 고온 ·고압의 가스를 터빈에 내뿜으면서 팽창시켜 터빈을 회전시킨다. 보통 압축기와 터빈은 직접 또는 간접적으로 1개의 축으로 연결되어 있는데, 압축기를 가동시키는 동력은 터빈에서 발생하는 출력의 25~30%를 사용한다. 따라서 가스터빈으로 발전기 ·프로펠러 등을 회전시키는 출력은 터빈에서 발생하는 출력에서 압축기를 가동시키는 데 소요되는 출력을 뺀 것이 된다.
이와 같은 원리에 의해 가동되는 가스터빈은 터빈 등과 같은 회전체를 베어링을 매개로 케이싱(casing)과 같은 고정체에 회전 가능하게 지지하는 구조를 필수 적으로 갖추어야 하며, 베어링에는 윤활이나 냉각을 위한 오일이 공급된다. 베어링에 오일을 공급 구조에 대한 일 예가 도 1 및 도 2에 도시된다.
도 1을 참조하면, 외부의 오일펌프에 의해 가압된 오일은 고정체(1)에 마련된 오일주입통로(2)를 통해 고정체(1)의 오일 저장실(3)에 공급된다. 오일 저장실(3)에 공급된 오일은, 도 2에 도시된 바와 같이, 고정체(1)에 마련된 오일이송통로(4)를 통해 회전체(6)을 지지하는 베어링(5)의 후방에 분사된다. 그러나 베어링(5)의 전방에는 오일이송통로를 형성할 공간이나 구조물이 없어 오일이 공급되지 않고 있다.
이러한 경우, 가스터빈의 베어링(5)에는 충분한 오일이 균일하게 공급되지 못하게 되고, 이로 인해 베어링(5)이 손상될 가능성이 높아지는 것은 물론 베어링의 수명이 단축되는 결과를 초래할 수 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 가스터빈의 베어링의 후방은 물론 전방에 오일을 공급하여 베어링의 성능 향상은 물론 베어링의 수명을 연장시킬 수 있는 가스터빈의 베어링 오일공급장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가스터빈의 베어링 오일공급장치는 외부로부터 오일이 공급되는 오일 저장실이 마련된 고정체와, 상기 고정체의 내부에 베어링을 매개로 회전 가능하게 지지되며 상기 오일 저장실 측에 개방부가 마련되고 내부에 중공부가 마련된 회전체를 포함하는 가스터빈에 적용되는 것으로서, 상기 오일 저장실의 오일을 상기 베어링의 후방에 분사할 수 있도록 상기 오일 저장실과 연결되게 상기 고정체에 마련된 제 1 오일통로유닛; 상기 오일 저장실의 오일을 상기 회전체의 개방부를 통해 상기 회전체의 중공부에 분사할 수 있도록 상기 오일 저장실의 격벽에 마련된 분사공; 상기 분사공로부터 분사된 상기 중공부의 오일을 상기 회전체의 원심력에 의해 상기 베어링의 전방으로 안내할 수 있도록 상기 회전체에 마련된 제 2 오일통로유닛을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 2 오일통로유닛은 상기 중공부의 오일을 상기 회전체의 원심력에 의해 상기 회전체의 외부로 안내하는 제 2 오일통로; 및 상기 회전체에 마련되며 상기 제 2 오일통로를 통해 상기 회전체의 외부로 이송 된 오일을 상기 베어링의 전방에 분사될 수 있도록 가이드하는 가이드 부재를 포함한다.
또한, 상기 중공부의 내주면에는 원주 방향으로 상호 이격된 배치된 복수의 함몰부가 형성되며, 상기 제 2 오일통로는 상기 각 함몰부에 형성된다.
한편, 상기 회전체는 터빈 디스크에 결합되어 상기 터빈 디스크와 함께 회전하며, 상기 중공부와 상기 개방부가 마련된 저널 디스크; 및 상기 회전체의 외부로 오일이 누유되는 것을 방지하기 위한 실링부재를 지지할 수 있도록 상기 저널 디스크에 설치되는 지지부재를 포함하며, 상기 제 2 오일통로유닛은 상기 저널 디스크의 내주면과 외주면을 관통하여 형성되는 제 2-1 오일통로; 상기 제 2-1 오일통로와 연통되게 상기 지지부재를 관통하여 형성되는 제 2-2 오일통로; 및 상기 지지부재에 설치되고, 상기 제 2-2 오일통로와 연통되는 제 2-3 오일통로가 마련되고, 상기 제 2-3 오일통로를 통과한 오일을 가이드하여 상기 베어링의 전방에 분사시키는 가이드 부재를 포함하는 것으로 표현될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 과제 해결 수단에 의하면, 오일 저장실의 오일을 회전체의 중공부에 분사하고, 중공부에 분사된 오일을 회전체의 회전에 의한 원심력으로 제 2 오일통로유닛을 통해 베어링 전단에 분사함으로써, 베어링 전체에 균일하게 적정량의 충분한 오일을 공급할 수 있어 베어링의 손상을 줄일 수 있음은 물론 베어링의 수명을 연장시킬 수 있다.
또한, 제 2 오일통로유닛을 회전체에 형성된 제 2 오일통로와 제 2 오일통로 를 통해 공급되는 오일을 베어링 전방에 안내하는 가이드 부재에 의해, 최소한의 구조 변경만으로 오일을 베어링 전방에 공급할 수 있어 원가 상승을 최소화할 수 있고, 또한 베어링 전방의 정확한 위치에 오일을 공급할 수 있어 오일 공급 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 제 2 오일통로를 중공부의 내주면, 즉 회전체의 내주면에 원주 방향으로 상호 이격되게 형성된 복수의 함몰부 각각에 형성함으로써, 중공부로 분사되는 오일의 대부분을 베어링 전방에 분사할 수 있을 뿐만 아니라 원주 방향으로 오일 공급의 균일성을 향상시킬 수 있어 오일 공급 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 베어링 오일공급장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 베어링 오일공급장치는 고정체(10)와 회전체(30) 사이에 개재되어 회전체(30)를 회전 가능하게 지지하는 베어링(20)에 오일을 공급하기 위한 것이다.
통상적으로, 가스터빈은 연소에 의해 형성된 고온 고압의 가스로 터빈 디스크(40)를 회전시켜 발전기 등 필요한 장비에 회전력을 전달한다. 이때, 터빈 디스크(40)의 회전력을 발전기로 전달시 진동이나 충격을 감쇄시키기 위해 저널 디스크(31)를 터빈 디스크(40)에 연결하여 사용하고 있다. 본 실시예에서 회전체(30)의 일 예로 저널 디스크(31)를 예시하였으나, 본 실시예와 달리 회전체(30)는 저널 디스크(31)와 터빈 디스크(40)를 포함하는 것으로 정의될 수도 있다. 이러한 저널 디 스크(31)는 케이싱과 같은 고정체(10)에 베어링(20)을 매개로 회전 가능하게 지지된다. 이와 같은 베어링(20)은 오일이 충분하고 균일하게 공급되어야 손상을 줄일 수 있고 수명을 연장시킬 수 있으며, 이를 위해 본 발명에 따른 베어링 오일공급장치가 고안되었다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 오일공급장치는 오일 저장실(11)과, 분사공(13)과, 제 1 오일통로유닛(15)과, 제 2 오일통로유닛(33)을 포함한다.
상기 오일 저장실(11)은 상기 고정체(10)와 상기 고정체(10)에 결합되는 격벽(12)에 의해 형성되는 공간이다. 상기 오일 저장실(11)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 오일주입통로(2)를 통해 주입된 오일을 저장하는 공간으로서, 상기 오일 저장실(11)에 공급되는 오일은 상기 제 1 오일통로유닛(15)을 통해 상기 베어링(20)의 후방으로 공급되고, 상기 제 2 오일통로유닛(33)을 통해 상기 베어링(20)의 전방으로 공급된다. 즉, 상기 오일 저장실(11)은 베어링(20)의 전방과 후방으로 오일을 분기하는 분기점 역할을 한다고 볼 수 있다. 이러한 오일 저장실(11)에는 상기 제 2 오일통로유닛(33)으로 오일을 분사하기 위한 분사공(13)이 적어도 하나 이상 형성된다.
상기 제 1 오일통로유닛(15)은 상기 오일 저장실(11)로 공급된 오일을 상기 베어링(20)의 후방으로 이송시키기 위한 것으로서, 일측이 상기 오일 저장실(11)과 연결된 제 1-1 오일통로(15a)와, 일측이 상기 제 1-1 오일통로(15a)의 타측과 연결된 제 1-2 오일통로(15b)와, 상기 제 1-1 오일통로(15a) 및 제 1-2 오일통로(15b) 를 통해 이송된 오일을 베어링(20) 후방에 분사하기 위한 제 1-3 오일통로(15c)를 포함한다. 여기서, 상기 제 1-1 내지 제 1-3 오일통로(15a)(15b)(15c)는 상기 고정체(10)에 형성된다.
상기 제 2 오일통로유닛(33)은 분사공(13)을 통해 상기 오일 저장실(11)로부터 분사된 오일을 상기 베어링(20)의 전방으로 공급하기 위한 것으로서, 제 2 오일통로(34)와 가이드 부재(35)를 포함한다.
상기 제 2 오일통로(34)는 상기 저널 디스크(31)의 내주면과 외주면을 관통하여 형성된 제 2-1 오일통로(34a)와, 지지부재(32)에 형성된 제 2-2 오일통로(34b)와, 가이드 부재(35)에 형성된 제 2-3 오일통로(34c)를 포함한다.
상기 저널 디스크(31)는 그 내부에 중공부(31a)가 마련되고, 상기 오일 저장실(11)에 마주하는 부분에는 상기 중공부(31a)와 연결되는 개방부(31c)가 마련된다. 따라서, 상기 오일 저장실(11)의 분사공(13)을 통해 분사된 오일은 상기 개방부(31c)와 상기 중공부(31a)를 통해 상기 저널 디스크(31)에 형성된 제 2-1 오일통로(34a)에 도달하게 된다.
상기 제 2-1 오일통로(34a)는 상기 저널 디스크(31)의 내부에 분사된 오일을 상기 저널 디스크(31)의 외부로 이송시키기 위한 것으로서, 상기 저널 디스크(31)의 내주면으로부터 외주면까지 관통하여 형성된다. 특히, 상기 제 2-1 오일통로(34a)는 상기 저널 디스크(31)의 내주면에 반경 방향으로 함몰되게 형성된 함몰부(31b)에 형성된다. 이와 같이, 제 2-1 오일통로(34a)가 함몰부(31b)에 형성됨으로써, 상기 저널 디스크(31)의 중공부(31a)에 분사된 오일의 대부분을 상기 제 2-1 오일통로(34a)를 통해 이송시킬 수 있게 된다. 즉, 상기 저널 디스크(31)의 중공부(31a)에 분사된 오일은 함몰부(31b)에 모이기 때문에 중공부(31a)에 분사된 오일의 중 많은 양을 제 2-1 오일통로(34a)를 통해 이송시킬 수 있고, 이에 의해 베어링(20) 전방에 오일을 효율적으로 공급할 수 있게 된다. 여기서, 상기 저널 디스크(31)의 내주면은 상기 중공부(31a)의 내주면으로도 표현될 수 있다.
상기 지지부재(32)는 실링부재(50)와 베어링(20)을 지지하기 위한 것으로서, 상기 저널 디스크(31)의 외주면에 설치된다. 상기 실링부재(50)는 상기 고정체(10)와 상기 저널 디스크(31) 사이를 통해 오일이 저널 디스크(31)의 외부로 누유되는 것을 방지하기 위한 것이다.
상기 제 2-2 오일통로(34b)는 상기 지지부재(32)를 관통하도록 형성되며, 일측이 상기 제 2-1 오일통로(34a)에 연결된다. 상기 제 2-1 및 제 2-2 오일통로(34a)(34b)는 상기 제 2-1 오일통로(34a)에 대응하는 개수로 형성된다.
상기 제 2-3 오일통로(34c)는 상기 가이드 부재(35)를 관통하도록 형성된다. 상기 가이드 부재(35)는 상기 제 2-3 오일통로(34c)를 통과한 오일을 상기 베어링(20)의 전방에 분사되도록 안내하는 역할을 한다.
본 실시예에서는 상기 저널 디스크(31)와 상기 지지부재(32) 및 상기 가이드 부재(35)가 별도의 부재인 것을 예시하였으나, 일체형으로 형성될 수도 있다.
이하, 전술한 바와 같은 구성을 가지는 베어링 오일공급장치의 작동 과정에 대하여 상세히 설명한다.
우선, 오일주입통로(2)를 통해 오일 저장실(11)에 오일이 공급된다. 이때, 상기 오일 저장실(11)의 오일은 외부의 오일펌프에 의해 토출된 것으로서 높은 압력을 형성한다.
상기 오일 저장실(11)에 공급된 오일은 제 1-1 내지 제 1-3 오일통로(15a)(15b)(15c)를 통해 베어링(20)의 후방에 분사된다.
또한, 상기 오일 저장실(11)에 공급된 오일은 격벽(12)에 형성된 분사공(13)을 통해 분사된다. 상기 분사공(13)을 통해 분사되는 오일은 저널 디스크(31)의 개방부(31c)를 통해 중공부(31a)로 유입된다. 그리고 중공부(31a)로 유입된 오일은 함몰부(31b)에 모아지게 된다. 함몰부(31b)에 모인 오일은 저널 디스크(31)의 회전에 의한 원심력에 의해 제 2-1 오일통로(34a)를 통과하도록 이송되며, 상기 제 2-1 오일통로(34a)를 통과한 오일은 제 2-2 및 제 2-3 오일통로(34b)(34c)를 순차적으로 통과한다. 상기 제 2-3 오일통로(34c)를 통과한 오일은 가이드 부재(35)에 의해 베어링(20)의 전방으로 유동 방향이 변경된다.
이와 같이, 원심력에 의해 베어링(20)의 전방에 오일을 분사할 수 있어 구조 변경을 최소화하면서도 베어링(20)의 수명을 연장시킬 수 있게 된다.
도 1은 종래 베어링 오일 공급 과정을 설명하기 위해 가스터빈의 고정체의 요부를 개략적으로 나타낸 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 가스터빈의 고정체와 회전체의 요부를 다른 위치에서 절개한 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 오일공급장치가 적용된 가스터빈의 요부를 개략적으로 나타낸 단면도,
도 4는 도 3의 요부를 확대 도시한 단면도,
도 5는 도 4의 요부를 확대 도시한 상세도이다.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>
10; 고정체 11; 오일 저장실
12; 격벽 13; 분사공
15; 제 1 오일통로유닛 15a, 15b, 15c; 제 1-1 내지 제 1-3 오일통로
20; 베어링 30; 회전체
31; 저널 디스크 31a; 중공부
31b; 함몰부 31c; 개방부
32; 지지부재 33; 제 2 오일통로유닛
34; 제 2 오일통로 34a, 34b, 34c; 제 2-1 내지 제 2-3 오일통로
35; 가이드 부재 40; 터빈 디스크

Claims (4)

  1. 외부로부터 오일이 공급되는 오일 저장실이 마련된 고정체와, 상기 고정체의 내부에 베어링을 매개로 회전 가능하게 지지되며 상기 오일 저장실 측에 개방부가 마련되고 내부에 중공부가 마련된 회전체와, 상기 오일 저장실의 오일을 상기 베어링의 후방에 분사할 수 있도록 상기 오일 저장실과 연결되게 상기 고정체에 마련된 제 1 오일통로유닛을 포함하는 가스터빈의 베어링 오일공급장치에 있어서,
    상기 오일 저장실의 오일을 상기 회전체의 개방부를 통해 상기 회전체의 중공부에 분사할 수 있도록 상기 오일 저장실의 격벽에 마련된 분사공;
    상기 분사공로부터 분사된 상기 중공부의 오일을 상기 회전체의 원심력에 의해 상기 베어링의 전방으로 안내할 수 있도록 상기 회전체에 마련된 제 2 오일통로유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 베어링 오일공급장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제 2 오일통로유닛은,
    상기 중공부의 오일을 상기 회전체의 원심력에 의해 상기 회전체의 외부로 안내하는 제 2 오일통로; 및
    상기 회전체에 마련되며 상기 제 2 오일통로를 통해 상기 회전체의 외부로 이송된 오일을 상기 베어링의 전방에 분사될 수 있도록 가이드하는 가이드 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 베어링 오일공급장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 중공부의 내주면에는 원주 방향으로 상호 이격된 배치된 복수의 함몰부가 형성되며,
    상기 제 2 오일통로는 상기 각 함몰부에 형성되는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 베어링 오일공급장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회전체는,
    터빈 디스크에 결합되어 상기 터빈 디스크와 함께 회전하며, 상기 중공부와 상기 개방부가 마련된 저널 디스크; 및
    상기 회전체의 외부로 오일이 누유되는 것을 방지하기 위한 실링부재를 지지할 수 있도록 상기 저널 디스크에 설치되는 지지부재를 포함하며,
    상기 제 2 오일통로유닛은,
    상기 저널 디스크의 내주면과 외주면을 관통하여 형성되는 제 2-1 오일통로;
    상기 제 2-1 오일통로와 연통되게 상기 지지부재를 관통하여 형성되는 제 2-2 오일통로; 및
    상기 지지부재에 설치되고, 상기 제 2-2 오일통로와 연통되는 제 2-3 오일통로가 마련되고, 상기 제 2-3 오일통로를 통과한 오일을 가이드하여 상기 베어링의 전방에 분사시키는 가이드 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 베어링 오일공급장치.
KR1020090115079A 2009-11-26 2009-11-26 가스터빈의 베어링 오일공급장치 KR101043176B1 (ko)

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