KR101220749B1

KR101220749B1 - 공기 튜브 방식의 모래 또는 먼지 주입장치인 가스터빈엔진의 시험장치

Info

Publication number: KR101220749B1
Application number: KR1020100125447A
Authority: KR
Inventors: 임병준
Original assignee: 한국항공우주연구원
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2010-12-09
Publication date: 2013-01-09
Also published as: KR20120064281A

Abstract

가스터빈엔진에서 모래 또는 먼지에 의한 영향을 평가하기 위한 시험장치는, 시험 대상이 되는 가스터빈엔진에 공기를 유입시키는 공기 덕트에 장착 가능하게 형성되고, 내부에 모래 또는 먼지 입자를 수용하고 상기 공기 덕트 내부로 상기 모래 또는 먼지 입자를 주입할 수 있도록 주입 개구부가 형성된 챔버가 형성된 하우징, 상기 하우징 내부에 구비되어 상기 챔버의 체적을 가변시켜 상기 챔버 내부의 모래 또는 먼지 입자를 상기 공기 덕트 내부로 주입하는 가압 튜브 및 상기 가압 튜브의 체적을 가변시키는 가압 튜브 조절부를 포함하여 구성된다.

Description

공기 튜브 방식의 가스터빈엔진 시험용 모래 또는 먼지 주입장치{SAND AND DUST INJECTION APPARATUS WITH AIR TUBE FOR GAS TURBINE ENGINE TEST}

본 발명은 가스터빈엔진의 시험장치에 관한 것으로, 가스터빈엔진에 모래 또는 먼지의 영향을 평가하기 위해서 가스터빈엔진의 입구에 균일하게 모래 또는 먼지를 주입하는 장치에 관한 것이다.

가스터빈엔진은 운영 환경에 따라 엔진 입구로 공기와 함께 모래 또는 먼지가 유입될 수 있으며, 이와 같이 유입된 모래 또는 먼지에 의해 파손 및 성능저하가 발생할 수 있다. 이러한 모래 또는 먼지 유입에 의한 엔진 손상을 방지하기 위해 필터 또는 입자분리기를 설치하여 엔진으로 유입되는 모래 또는 먼지 입자를 감소시키거나 주요 부위의 표면을 특수 코팅 등을 통해 보호하기도 한다.

하지만 모래 또는 먼지 입자의 유입을 모두 차단할 수는 없으므로 이에 따른 엔진 성능저하 및 잔존수명평가 등 모래 또는 먼지 유입에 따른 영향을 시험을 통해 확인하여야 한다. 따라서 엔진 개발단계에서 가스터빈의 입구에 모래 또는 먼지를 일정 시간 동안 일정량을 주입하여, 모래 또는 먼지가 엔진에 미치는 영향을 시험한다. 모래 또는 먼지가 가스터빈엔진에 유입되면 고속으로 회전하는 엔진의 압축기 로터 블레이드 및 스테이터가 마모되고 이에 따른 성능저하가 발생한다. 이때 압축기 로터 블레이드가 불균일하게 마모될 경우, 서지(surge) 등의 불안정 현상이 발생 할 수 있다. 또한, 이와 같이 의도하지 않은 불안정 현상이 발생하면 엔진 운전이 불가능하여 정확한 영향을 평가하기가 어렵다.

본 발명의 실시예들에 따르면 가스터빈엔진에서 모래 및 먼지 유입에 따른 영향을 평가할 수 있는 시험장치를 제공하기 위한 것이다.

상술한 본 발명의 실시예들에 따른 가스터빈엔진에서 모래 또는 먼지에 의한 영향을 평가하기 위한 시험장치는, 시험 대상이 되는 가스터빈엔진에 공기를 유입시키는 공기 덕트에 장착 가능하게 형성되고, 내부에 모래 또는 먼지 입자를 수용하고 상기 공기 덕트 내부로 상기 모래 또는 먼지 입자를 주입할 수 있도록 주입 개구부가 형성된 챔버가 형성된 하우징, 상기 하우징 내부에 구비되어 상기 챔버의 체적을 가변시켜 상기 챔버 내부의 모래 또는 먼지 입자를 상기 공기 덕트 내부로 주입하는 가압 튜브 및 상기 가압 튜브의 체적을 가변시키는 가압 튜브 조절부를 포함하여 구성된다.

일 측면에 따르면, 상기 하우징은 상기 공기 덕트 둘레를 따라 장착되는 환형 또는 고리 형태를 가질 수 있다. 여기서, 상기 하우징과 상기 공기 덕트가 결합되는 면을 따라 복수의 주입 개구부가 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 하우징은 상기 챔버의 단면적 중에서 상기 주입 개구부가 형성된 부분이 다른 부분에 비해서 축소된 형태를 가질 수 있다.

일 측면에 따르면, 상기 가압 튜브는 탄성 재질로 형성되고, 팽창 및 수축 가능한 재질로 형성될 수 있다.

일 측면에 따르면, 상기 하우징 내부에는 상기 가압 튜브의 팽창 및 수축에 의해 상기 챔버 공간을 가변시키는 플레이트가 구비될 수 있다. 여기서, 상기 플레이트는 평판 형태를 갖고, 상기 가압 튜브가 팽창 또는 수축함에 따라 상기 챔버 내부 체적을 가변시키도록 상기 하우징 내부에서 슬라이드 이동 가능하게 구비될 수 있다. 또는, 상기 플레이트는 탄성 재질로 형성되고, 상기 가압 튜브가 팽창 또는 수축함에 따라 상기 챔버 내부 체적을 가변시킬 수 있도록 상기 가압 튜브가 힘을 가하는 방향에 대해서 볼록 또는 오목하게 형성될 수 있다. 그리고 상기 가압 튜브는 상기 플레이트를 균일하게 가압할 수 있도록 상기 플레이트 전면과 접촉되는 형상을 가질 수 있다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 가스터빈엔진에서 모래 또는 먼지의 유입으로 인한 영향을 정확하게 평가할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈엔진의 시험장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 도 1의 시험장치의 주요 부분을 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 시험장치의 평면도이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략될 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈엔진(10)에서 모래 또는 먼지의 유입으로 인한 영향을 평가하기 위한 시험장치(20)에 대해서 상세하게 설명한다. 참고적으로, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈엔진(10)에 시험장치(20)가 장착된 상태를 설명하기 위한 단면도이다. 그리고, 도 2는 도 1의 시험장치(20)의 주요 부분을 도시한 단면도이고, 도 3은 도 1의 시험장치(20)의 평면도이다.

가스터빈엔진(10)의 입구로 공기와 함께 모래 또는 먼지가 유입될 수 있는데, 이와 같이 유입되는 모래 또는 먼지에 의한 영향을 평가하기 위한 시험장치(20)가 개시된다. 시험장치(20)는 가스터빈엔진(10)에 모래 또는 먼지가 유입되었을 때의 가스터빈엔진(10)의 성능에 미치는 영향을 평가하기 위한 것으로, 정확한 성능을 평가하기 위해서, 시험장치(20)는 가스터빈엔진(10)에 일정량의 모래 또는 먼지를 주입하도록 형성된다.

또한, 시험장치(20)는 가스터빈엔진(10)에 공기가 유입되는 공기 덕트(11)에 장착 가능한 형태를 갖고, 상기 가스터빈엔진(10)으로 유입되는 공기에 소정량의 모래 또는 먼지 입자를 일정하게 주입할 수 있도록 형성된다.

참고적으로, 가스터빈엔진(10)의 상세한 기술구성은 공지의 기술로부터 이해 가능하며 본 발명의 요지가 아니므로 자세한 설명 및 도시를 생략하고 주요 구성요소에 대해서만 간략하게 설명한다. 또한, 본 명세서에서는 '가스터빈엔진(10)'이라 지칭하였으나 본 발명의 시험장치(20)의 대상은 통상의 가스터빈엔진(10)을 비롯하여 다양한 엔진을 포함할 수 있다.

상세하게는, 시험장치(20)는 모래 또는 먼지가 수용되는 챔버(24)가 형성된 하우징(21)과 공기 덕트(11) 내부로 모래 또는 먼지를 주입하기 위한 가압 튜브(23), 및 상기 가압 튜브(23)의 체적을 조절하기 위한 가압 튜브 조절부(30)를 포함하여 구성된다.

하우징(21)은 공기 덕트(11) 둘레에 장착될 수 있도록 환형 또는 고리 형태로 형성된다. 여기서, 하우징(21)은 공기 덕트(11) 둘레를 따라 장착되므로, 공기 덕트(11)의 단면 형상에 따라 하우징(21)의 단면 형상 역시 변경된다.

챔버(24)는 하우징(21) 내부에서 소정량의 모래 또는 먼지가 수용되는 공간으로 형성되고, 공기 덕트(11) 내부로 저장된 모래 또는 먼지가 주입될 수 있도록 덕트 결합부(22)에는 주입 개구부(26)가 형성된다. 또한, 시험장치(20)는 공기 덕트(11) 내부에 일정량의 모래 또는 먼지 입자를 일정하게 주입할 수 있도록 하우징(21) 내부 둘레를 따라 복수의 주입 개구부(26)가 형성된다. 예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이, 공기 덕트(11) 및 하우징(21)은 원형 단면을 갖고, 상기 하우징(21)의 덕트 결합부(22) 둘레를 따라 8개의 주입 개구부(26)가 형성된다. 그러나 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 주입 개구부(26)의 수는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.

여기서, 가압 튜브(23)는 고무 등과 같은 탄성 재질로 형성되고, 챔버(24)의 체적을 조절할 수 있도록 팽창 및 수축 가능하게 형성된다. 예를 들어, 가압 튜브(23)는 공기에 의해 팽창 및 수축 가능한 고무 재질로 형성된다.

그리고 가압 튜브(23)는 공기에 의해 팽창 및 수축 가능하게 형성되고, 가압 튜브(23)의 일측에는 상기 가압 튜브(23)에 공기를 주입하기 위한 공기 주입관(31)과 공급원(35)으로 이루어지는 가압 튜브 조절부(30)가 구비된다. 그리고 공기 주입관(31) 일측에는 공기 주입관(31)을 개폐하고 가압 튜브(23)로 유입되는 공기의 양을 조절하여 가압 튜브(23)의 팽창 정도를 조절하기 위한 공기 조절부(33)가 구비된다.

시험장치(20)는 가압 튜브(23)가 팽창함에 따라 챔버(24) 내부의 체적이 줄어들면서 챔버(24) 내부에 저장된 모래 또는 먼지가 공기 덕트(11) 내부로 주입될 수 있도록 형성된다. 예를 들어, 챔버(24)의 일측면, 즉, 챔버(24)에서 가압 튜브(23)에 접한 면에는 가압 튜브(23)에 의해 챔버(24)의 체적을 가변시키기 위한 수단으로 플레이트(25)가 구비된다.

여기서, 플레이트(25)는 평판 형태를 갖고, 가압 튜브(23)가 팽창 또는 수축함에 따라 챔버(24) 체적을 가변시킬 수 있도록 하우징(21) 내부에서 슬라이드 이동 가능하도록 구비될 수 있다. 즉, 가압 튜브(23)가 팽창하면 플레이트(25)가 이동하면서 챔버(24)의 체적이 줄어들면서 챔버(24) 내부에 저장된 모래 또는 먼지가 주입 개구부(26)를 통해 공기 덕트(11)로 유입된다. 그리고 공기 덕트(11) 입구를 통해 유입되는 공기와 혼합되면서 가스터빈엔진(10)에 유입된다.

여기서, 도면에 도시하지는 않았으나, 하우징(21) 내부에는 플레이트(25)의 슬라이드 이동을 안내하기 위한 슬롯이나 가이드와 같은 구조물이 구비될 수 있다.

한편, 상술한 실시예와는 달리, 탄성 재질로 플레이트를 형성할 수 있다. 예를 들어, 플레이트(25)는 탄성 재질로 형성되고, 가압 튜브(23)가 힘을 가하는 방향, 즉, 도 1에서 수평 방향에 대해서 볼록 또는 오목하게 형성될 수 있다. 그리고 가압 튜브(23)가 팽창하면 플레이트(25)가 챔버(24)를 가압하면서 챔버(24) 내부에 저장된 모래 또는 먼지가 주입 개구부(26)를 통해 공기 덕트(11)로 유입된다.

한편, 가압 튜브(23)는 플레이트(25)에 균일하게 힘을 가하고 플레이트(25)를 균일하게 이동시킬 수 있도록 형성된다. 또한, 가압 튜브(23)는 플레이트(25)의 전체 면에 균일하게 접촉되는 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 시험장치(20)는 링 형상으로 형성되고, 가압 튜브(23)는 링 형태를 가질 수 있다.

시험장치(20)는 챔버(24) 내부의 단면적이 균일하고 동일한 형상을 가질 수 있으나 도면에 도시한 바와 같이, 주입 개구부(26)가 형성된 부분의 단면적이 축소된 형상을 가질 수 있다. 이는 챔버(24)에서 단면적이 큰 부분에서는 모래 또는 먼지가 저장되는 저장 공간을 충분히 확보할 수 있고, 주입 개구부(26)에서는 단면적이 축소됨으로써 공기 덕트(11)로 모래 또는 먼지의 유입량을 최소화하고 일정하게 유지할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 가스터빈엔진(10)의 시험장치(20)는 가스터빈엔진(10)에 일정량의 모래 또는 먼지를 주입함으로써 모래 또는 먼지에 따른 엔진의 성능저하 및 잔존수명 등 영향을 정확하게 평가할 수 있다. 또한, 이러한 평가 결과를 이용하여 가스터빈엔진(10)의 모래 또는 먼지의 불균일한 유입으로 인한 영향으로 배제할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10: 가스터빈엔진
11: 공기 덕트
20: 시험장치
21: 하우징
22: 덕트 결합부
23: 가압 튜브
24: 챔버
25: 플레이트
26: 주입 개구부
30: 가압 튜브 조절부
31: 공기 주입관
33: 공기 조절부
35: 공급원

Claims

시험 대상이 되는 가스터빈엔진에 공기를 유입시키는 공기 덕트에 장착 가능하게 형성되고, 내부에 모래 또는 먼지 입자를 수용하고 상기 공기 덕트 내부로 상기 모래 또는 먼지 입자를 주입할 수 있도록 상기 공기 덕트가 결합되는 면을 따라 복수의 주입 개구부가 형성된 챔버가 형성된 하우징;
상기 하우징 내부에 구비되어 상기 챔버의 체적을 가변시켜 상기 챔버 내부의 모래 또는 먼지 입자를 상기 공기 덕트 내부로 주입하는 가압 튜브; 및
상기 가압 튜브의 체적을 가변시키는 가압 튜브 조절부;
를 포함하는 가스터빈엔진의 시험장치.
제1항에 있어서,
상기 하우징은 상기 공기 덕트 둘레를 따라 장착되는 환형 또는 고리 형태를 갖는 가스터빈엔진의 시험장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 하우징은 상기 챔버의 단면적 중에서 상기 주입 개구부가 형성된 부분이 다른 부분에 비해서 축소된 형태를 갖는 가스터빈엔진의 시험장치.
제1항에 있어서,
상기 가압 튜브는 탄성 재질로 형성되고, 팽창 및 수축 가능한 재질로 형성된 가스터빈엔진의 시험장치.
제1항에 있어서,
상기 하우징 내부에는 상기 가압 튜브의 팽창 및 수축에 의해 상기 챔버 공간을 가변시키는 플레이트가 구비된 가스터빈엔진의 시험장치.
제6항에 있어서,
상기 플레이트는 평판 형태를 갖고, 상기 가압 튜브가 팽창 또는 수축함에 따라 상기 챔버 내부 체적을 가변시키도록 상기 하우징 내부에서 슬라이드 이동 가능하게 구비된 가스터빈엔진의 시험장치.
제6항에 있어서,
상기 플레이트는 탄성 재질로 형성되고, 상기 가압 튜브가 팽창 또는 수축함에 따라 상기 챔버 내부 체적을 가변시킬 수 있도록 상기 가압 튜브가 힘을 가하는 방향에 대해서 볼록 또는 오목하게 형성된 가스터빈엔진의 시험장치.
제6항에 있어서,
상기 가압 튜브는 상기 플레이트를 균일하게 가압할 수 있도록 상기 플레이트 전면과 접촉되는 형상을 갖는 가스터빈엔진의 시험장치.