KR101343870B1 - Measuring apparatus for thrust of turbo machine - Google Patents

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KR101343870B1
KR101343870B1 KR1020130076103A KR20130076103A KR101343870B1 KR 101343870 B1 KR101343870 B1 KR 101343870B1 KR 1020130076103 A KR1020130076103 A KR 1020130076103A KR 20130076103 A KR20130076103 A KR 20130076103A KR 101343870 B1 KR101343870 B1 KR 101343870B1
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thrust
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Inventor
박철훈
최상규
함상용
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한국기계연구원
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    • G—PHYSICS
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    • G01L5/0023—Force sensors associated with a bearing by using magnetic sensors

Abstract

The present invention relates to a thrust measuring device of a turbo machine and, more specifically, to a thrust measuring device of a turbo machine which installs a thrust magnetic bearing on a rotary shaft of the turbo machine; measures power to an axial direction generated on the thrust magnetic bearing by using a current supplied to the thrust magnetic bearing and the displacement in the axial direction; and may measure the thrust of the turbo machine by calculating the thrust of the turbo machine based on the power to a direction opposite to the axial direction.

Description

터보 기계의 추력 측정 장치 {Measuring apparatus for thrust of turbo machine}Thrust measuring device for turbomachines {Measuring apparatus for thrust of turbo machine}

본 발명은 터보 기계의 추력을 측정할 수 있는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터보 기계의 회전축에 설치되는 스러스트 자기베어링을 이용하여 추력을 측정할 수 있는 터보 기계의 추력 측정 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus capable of measuring the thrust of a turbomachine, and more particularly, to a thrust measuring apparatus of a turbomachine capable of measuring a thrust by using a thrust magnetic bearing installed on a rotary shaft of a turbomachine.

터보 기계는 일반적으로 임펠러를 용기 속에서 고속으로 회전시켜 유체를 방사상으로 흐르게 하여 원심력을 이용해서 기체를 압축 또는 압송하거나, 이와 같은 유체의 흐름을 반대로 이용하여 작동하는 기계를 말하며, 터보 기계에는 터보 압축기, 터보 송풍기, 터보 팬 및 터보 발전기 등이 있다.A turbo machine generally refers to a machine that operates by rotating the impeller at a high speed in a container to radially flow a fluid to compress or pressurize a gas using centrifugal force, or to reverse the flow of such a fluid. Compressors, turbo blowers, turbo fans and turbo generators.

이와 같은 터보 기계는 설계 시 임펠러, 회전축 및 베어링을 설계해야 하며, 특히 축 방향 베어링(trust bearing)을 설계하기 위해서는 임펠러의 회전에 의해 발생하는 추력의 크기를 예측해야 한다. 이때, 추력은 실험적 측정으로 확인하며 수력 성능시험 시 동시에 측정하는 것이 보통이다. 그리고 해석적으로 사용된 추력을 실험치와 비교하여 해석기법 검증에 사용하게 된다.Such turbomachines need to design impellers, rotary shafts and bearings in their design, and in particular, to design trust bearings, it is necessary to predict the magnitude of thrust generated by the rotation of the impeller. At this time, thrust is confirmed by experimental measurement, and it is common to measure at the same time during hydraulic performance test. And the thrust used analytically is compared with the experimental value and used for the verification of the analytical technique.

그런데 종래의 터보 기계에서는 회전축(10)의 일측에 임펠러(20)가 형성되고 타측에는 모터 또는 발전기 등이 결합되며, 회전축(10)은 양측이 래디얼 베어링(30)으로 지지된다. 여기에서 터보 기계는 임펠러(20)의 회전에 의해 회전축(10)의 축 방향으로 작용하는 추력이 발생하는데, 종래에는 축 방향으로 작용하는 추력을 측정하기 위해 베어링에 의해 지지된 회전축(10)의 일단과 임펠러(20) 사이에 로드셀(40)을 결합하여, 이 로드셀을 통해 터보 기계의 추력을 실험적으로 측정하였다.However, in the conventional turbomachine, an impeller 20 is formed on one side of the rotating shaft 10, and a motor or a generator is coupled to the other side, and both sides of the rotating shaft 10 are supported by the radial bearing 30. Here, the turbo machine generates a thrust acting in the axial direction of the rotary shaft 10 by the rotation of the impeller 20, conventionally of the rotary shaft 10 supported by the bearing to measure the thrust acting in the axial direction The load cell 40 was coupled between one end and the impeller 20, and thrust of the turbomachine was experimentally measured through the load cell.

그런데 이와 같이 로드셀을 이용하여 추력을 측정하는 것은 로드셀의 설치를 위한 구조가 복잡하고, 베어링의 진동 등에 의한 노이즈가 발생되어 추력 측정값의 정확도가 저하될 수 있으며, 회전축의 추력을 지지하기 위한 별도의 구조 설계가 이루어지거나 스러스트 베어링이 설치되어야 하는 문제점들이 있다.However, the measurement of the thrust using the load cell as described above is complicated in structure for the installation of the load cell, noise caused by the vibration of the bearing, etc., may cause the accuracy of the thrust measurement value to be lowered, and to support the thrust of the rotating shaft. There are problems in that the structural design is made or the thrust bearings must be installed.

이와 관련된 종래기술로는 한국공개특허(2006-0058426)인 "터보형 펌프의 축추력 측정장치"가 개시되어 있다.
As a related art, Korean Patent Application Publication (2006-0058426) discloses an "axial thrust force measuring apparatus of a turbo pump".

KR 2006-0058426 A (2006.05.30.)KR 2006-0058426 A (2006.05.30.)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 스러스트 자기베어링에 공급되는 전류와 축 방향 변위를 이용하여 스러스트 자기베어링에 발생하는 축 방향 힘을 계산하고 이에 반대방향 값으로 터보 기계의 추력을 계산함으로써 간단하고 정확하게 추력을 측정할 수 있는 터보 기계의 추력 측정 장치를 제공하는 것이다.
The present invention has been made to solve the problems described above, an object of the present invention is to calculate the axial force generated in the thrust magnetic bearing using the current supplied to the thrust magnetic bearing and the axial displacement and to the opposite direction It is to provide a thrust measuring device of a turbomachine which can measure the thrust of the turbomachine by the value simply and accurately.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터보 기계의 추력 측정 장치는, 래디얼 베어링에 의해 양측이 지지되는 회전축; 상기 회전축의 일측에 고정되는 임펠러; 상기 회전축의 타측에 고정되는 스러스트 칼라; 상기 스러스트 칼라의 외측에 구비되어 추력을 지지하는 스러스트 자기베어링; 상기 회전축의 축 방향 변위를 측정하는 갭 센서; 및 상기 스러스트 자기베어링 및 갭 센서에 연결되어, 상기 스러스트 자기베어링에 공급되는 전류를 제어하며 추력을 측정하는 제어부; 를 포함하여 이루어지며, 상기 제어부는 스러스트 자기베어링에 공급되는 전류 및 갭 센서에서 측정되는 축 방향 변위를 이용하여 추력을 측정하는 것을 특징으로 한다.Thrust measuring device of the turbomachine of the present invention for achieving the above object, the rotation shaft is supported by both sides by the radial bearing; An impeller fixed to one side of the rotating shaft; A thrust collar fixed to the other side of the rotating shaft; A thrust magnetic bearing provided on an outer side of the thrust collar to support thrust; A gap sensor for measuring an axial displacement of the rotation axis; And a controller connected to the thrust magnetic bearing and the gap sensor to control a current supplied to the thrust magnetic bearing and measure a thrust. It is made, including the, characterized in that the control unit measures the thrust using the axial displacement measured by the current and the gap sensor supplied to the thrust magnetic bearing.

또한, 상기 제어부에서 측정되는 추력(Ftrust)은 아래의 식(1) 및 식(2)에 의해 계산되는 것을 특징으로 한다.In addition, the thrust (F trust ) measured by the control unit is characterized in that it is calculated by the following equation (1) and (2).

Fbearing = Ki × ｉ - Kx × x 식(1)F bearing = K i × ｉ-K x × x Equation (1)

Ftrust = - Fbearing 식(2)F trust =-F bearing formula (2)

(Ki : 전류게인, Kx : 위치게인, ｉ : 공급전류, x : 축 방향 변위)(K i : current gain, K x : position gain, i: supply current, x: axial displacement)

또한, 상기 스러스트 칼라는 중앙에 삽입홈이 형성되어 상기 회전축의 단부가 삽입홈에 삽입되어 고정되는 것을 특징으로 한다.In addition, the thrust collar is characterized in that the insertion groove is formed in the center is fixed to the end of the rotation shaft is inserted into the insertion groove.

또한, 상기 갭 센서는 스러스트 칼라의 일면에서 축 방향으로 이격되어 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, the gap sensor is characterized in that the spaced apart in the axial direction on one surface of the thrust collar.

또한, 상기 회전축의 양측을 지지하는 래디얼 베어링은 비접촉식 래디얼 베어링인 것을 특징으로 한다.In addition, the radial bearing supporting both sides of the rotary shaft is characterized in that the non-contact radial bearing.

본 발명의 터보 기계의 추력 측정 장치는, 터보 기계의 회전축에 작용하는 추력을 지지할 수 있도록 형성된 스러스트 자기베어링을 이용하여, 회전축에 작용하는 추력을 지지하면서 동시에 스러스트 자기베어링에 발생하는 힘을 이용하여 추력을 측정할 수 있는 장점이 있다.The thrust measuring device of the turbomachine of the present invention utilizes a force generated in the thrust magnetic bearing while supporting a thrust acting on the rotating shaft by using a thrust magnetic bearing formed to support a thrust acting on the rotating shaft of the turbomachine. There is an advantage to measure the thrust.

또한, 추력 측정 장치의 구조가 간단하며, 정확하게 추력을 측정할 수 있는 장점이 있다.
In addition, the structure of the thrust measuring device is simple, there is an advantage that can accurately measure the thrust.

도 1은 종래의 터보 기계의 및 추력 측정을 위한 구조를 나타낸 단면 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 기계의 추력 측정 장치를 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 스러스트 자기베어링 및 갭 센서의 배치를 나타낸 개략도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터보 기계의 추력 측정 장치를 나타낸 구성도.1 is a schematic cross-sectional view of a conventional turbomachine and a structure for thrust measurement.
Figure 2 is a block diagram showing a thrust measuring device of a turbomachine according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic view showing the arrangement of a thrust magnetic bearing and a gap sensor according to the present invention.
Figure 4 is a block diagram showing a thrust measuring device of a turbomachine according to another embodiment of the present invention.

이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 터보 기계의 추력 측정 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a thrust measuring apparatus of a turbomachine of the present invention as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 기계의 추력 측정 장치를 나타낸 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 스러스트 자기베어링 및 갭 센서의 배치를 나타낸 개략도이다.2 is a configuration diagram showing a thrust measuring device of a turbomachine according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a schematic diagram showing the arrangement of the thrust magnetic bearing and the gap sensor according to the present invention.

도시된 바와 같이 본 발명의 터보 기계의 추력 측정 장치(1000)는, 래디얼 베어링(110)에 의해 양측이 지지되는 회전축(100); 상기 회전축(100)의 일측에 고정되는 임펠러(200); 상기 회전축(100)의 타측에 고정되는 스러스트 칼라(300); 상기 스러스트 칼라(300)의 외측에 구비되어 추력을 지지하는 스러스트 자기베어링(400); 상기 회전축(100)의 축 방향 변위를 측정하는 갭 센서(500); 및 상기 스러스트 자기베어링(400) 및 갭 센서(500)에 연결되어, 상기 스러스트 자기베어링(400)에 공급되는 전류를 제어하며 추력을 측정하는 제어부(600); 를 포함하여 이루어지며, 상기 제어부(600)는 스러스트 자기베어링(400)에 공급되는 전류(i) 및 갭 센서에서 측정되는 축 방향 변위(x)를 이용하여 추력을 측정할 수 있다.As shown, the thrust measuring device 1000 of the turbomachine of the present invention includes: a rotation shaft 100 supported by both sides by a radial bearing 110; An impeller 200 fixed to one side of the rotating shaft 100; A thrust collar 300 fixed to the other side of the rotating shaft 100; A thrust magnetic bearing 400 provided at an outer side of the thrust collar 300 to support thrust; A gap sensor 500 measuring an axial displacement of the rotation shaft 100; And a controller 600 connected to the thrust magnetic bearing 400 and the gap sensor 500 to control a current supplied to the thrust magnetic bearing 400 and to measure a thrust force. The control unit 600 may measure the thrust using the current (i) supplied to the thrust magnetic bearing 400 and the axial displacement (x) measured by the gap sensor.

우선, 회전축(100)의 양측에는 래디얼 베어링(110)이 결합되어, 회전축(100)이 반경 방향으로의 움직임은 고정되고 회전 가능하도록 결합된다.First, the radial bearing 110 is coupled to both sides of the rotary shaft 100, the rotary shaft 100 is coupled so that the movement in the radial direction is fixed and rotatable.

임펠러(200)는 회전축(100)의 일측에 결합되어 고정되어, 임펠러(200)와 회전축(100)이 함께 회전되도록 구성된다. 이때, 임펠러(200)의 외측을 둘러싸도록 케이스가 구비되어, 임펠러의 회전에 의해 케이스의 일측으로 유체가 유입되어 타측으로 배출되도록 구성될 수 있다.Impeller 200 is coupled to one side of the rotating shaft 100 is fixed, the impeller 200 and the rotating shaft 100 is configured to rotate together. At this time, the case is provided so as to surround the outside of the impeller 200, the fluid may be introduced into one side of the case by the rotation of the impeller may be configured to be discharged to the other side.

스러스트 칼라(300)는 회전축(100)의 타측에 결합되어 고정되며, 스러스트 칼라(300)는 회전축(100)의 반경 방향 외측으로 돌출되는 원판 형태로 형성될 수 있다.The thrust collar 300 is coupled to the other side of the rotation shaft 100 and fixed, and the thrust collar 300 may be formed in a disc shape protruding radially outward of the rotation shaft 100.

스러스트 자기베어링(400)은 스러스트 칼라(300)의 외측을 감싸도록 배치되어 추력을 지지하며, 스러스트 칼라(300)의 원판형 테두리부(310)가 스러스트 자기베어링(400)의 내측에 배치된다. 그리고 스러스트 자기베어링(400)은 코어(410)의 내측에 홈(411)이 형성되어 이 홈(411)에 스러스트 칼라(300)의 테두리부(310)가 배치되며, 홈(411)과 테두리부(310)는 일정한 간격을 두고 이격되도록 형성된다. 또한, 스러스트 자기베어링(400)은 코어(410)의 내측에 영구자석(420)과 코일(430)이 구비되어, 추력에 의해 축 방향으로 회전축(100)이 이동되었을 때 스러스트 자기베어링(400)에 의해 스러스트 칼라(300)가 홈(411)과 이격된 간격이 일정하게 유지될 수 있다.The thrust magnetic bearing 400 is disposed to surround the outside of the thrust collar 300 to support thrust, and the disc shaped edge portion 310 of the thrust collar 300 is disposed inside the thrust magnetic bearing 400. The thrust magnetic bearing 400 has a groove 411 formed inside the core 410, and an edge 310 of the thrust collar 300 is disposed in the groove 411. The 310 is formed to be spaced apart at regular intervals. In addition, the thrust magnetic bearing 400 is provided with a permanent magnet 420 and a coil 430 inside the core 410, the thrust magnetic bearing 400 when the rotary shaft 100 is moved in the axial direction by thrust. The distance between the thrust collar 300 and the groove 411 may be kept constant.

갭 센서(500)는 회전축(100)의 축 방향 변위를 측정하며, 스러스트 칼라(300)가 결합된 회전축(100)의 단부에 이격되어 구비된다. 그리하여 갭 센서(500)는 회전축(100)이 축 방향으로 이동되는 거리인 축 방향 변위를 측정할 수 있다.The gap sensor 500 measures the axial displacement of the rotation shaft 100 and is spaced apart from the end of the rotation shaft 100 to which the thrust collar 300 is coupled. Thus, the gap sensor 500 may measure an axial displacement, which is a distance at which the rotation shaft 100 is moved in the axial direction.

여기에서 스러스트 자기베어링(400) 및 갭 센서(500)는 제어부(600)에 연결되어, 제어부(600)에 의해 스러스트 자기베어링(400)에 공급되는 전류가 제어되며 추력이 측정된다. 이때, 제어부(600)는 스러스트 자기베어링(400)에 공급되는 전류(i) 및 갭 센서에서 측정되는 축 방향 변위(x)를 이용하여 추력을 측정하게 된다.Here, the thrust magnetic bearing 400 and the gap sensor 500 are connected to the controller 600, and the current supplied to the thrust magnetic bearing 400 is controlled by the controller 600, and the thrust is measured. At this time, the control unit 600 measures the thrust using the current (i) supplied to the thrust magnetic bearing 400 and the axial displacement (x) measured by the gap sensor.

즉, 회전축(100)에 결합된 임펠러(200)가 회전되면 회전축(100)의 축 방향으로 추력이 발생하고, 추력에 의해 회전축(100)이 일측 방향으로 이동되면 회전축(100)에 결합된 스러스트 칼라(300)도 함께 이동된다. 그리고 갭 센서(500)에서 축 방향 변위(x)가 측정되면 제어부(600)에서 스러스트 자기베어링(400)에 전류(i)를 공급하여 스러스트 자기베어링(400)에서 스러스트 칼라(300)를 반대측 방향으로 미는 축 방향 힘(Fbearing) 발생하게 된다.That is, when the impeller 200 coupled to the rotary shaft 100 is rotated, thrust is generated in the axial direction of the rotary shaft 100, and when the rotary shaft 100 is moved in one direction by thrust, the thrust coupled to the rotary shaft 100. The collar 300 is also moved together. When the axial displacement x is measured by the gap sensor 500, the controller 600 supplies a current i to the thrust magnetic bearing 400 to move the thrust collar 300 in the opposite direction to the thrust magnetic bearing 400. Axial force (F bearing) is generated.

이때, 스러스트 자기베어링(400)에서 스러스트 칼라(300)를 미는 축 방향 힘(Fbearing) 즉, 스러스트 자기베어링(400)에서 발생하는 축 방향 힘(Fbearing)은 임펠러의 회전에 의해 발생하는 추력과 동일한 크기이며 방향만 반대이므로, 이와 같이 제어부(600)에서 스러스트 자기베어링(400)에 공급되는 전류(i) 및 갭 센서에서 측정되는 축 방향 변위(x)를 이용하여 추력을 측정할 수 있다.At this time, the thrust magnetic bearing (400) to push the axial force to the thrust collar (300) at (F bearing), that is, the axial force (F bearing) occurring in the thrust magnetic bearing (400) is thrust generated by the rotation of the impeller Since the same size and the opposite direction only, the thrust can be measured using the current (i) supplied from the thrust magnetic bearing 400 in the control unit 600 and the axial displacement (x) measured by the gap sensor. .

그리하여 본 발명의 터보 기계의 추력 측정 장치는, 터보 기계의 회전축에 작용하는 추력을 지지할 수 있도록 형성된 스러스트 자기베어링을 이용하여, 회전축에 작용하는 추력을 지지하면서 동시에 스러스트 자기베어링에 발생하는 힘을 이용하여 추력을 측정할 수 있으며, 추력을 측정할 수 있는 장치의 구조가 간단하고 정확하게 추력을 측정할 수 있는 장점이 있다.Thus, the thrust measuring device of the turbomachine of the present invention uses a thrust magnetic bearing formed to support a thrust acting on the rotary shaft of the turbomachine, while supporting a thrust acting on the rotary shaft while simultaneously generating a force generated in the thrust magnetic bearing. Thrust can be measured by using the device, and the structure of the device capable of measuring the thrust has the advantage of measuring the thrust simply and accurately.

이때, 상기 제어부(600)에서 측정되는 추력(Ftrust)은 아래의 식(1) 및 식(2)에 의해 계산될 수 있다.At this time, the thrust (F trust ) measured by the control unit 600 may be calculated by the following equation (1) and equation (2).

Fbearing = Ki × ｉ - Kx × x 식(1)F bearing = K i × ｉ-K x × x Equation (1)

Ftrust = - Fbearing 식(2)F trust =-F bearing formula (2)

(Ki : 전류게인, Kx : 위치게인, ｉ : 공급전류, x : 축 방향 변위)(K i : current gain, K x : position gain, i: supply current, x: axial displacement)

이때, 전류게인(Ki)과 위치게인(Kx)은 스러스트 자기베어링(400)의 형태에 따라 결정되는 값이다.At this time, the current gain (K i ) and the position gain (K x ) is a value determined according to the shape of the thrust magnetic bearing 400.

또한, 상기 스러스트 칼라(300) 중앙에 삽입홈(320)이 형성되어 상기 회전축(100)의 단부가 삽입홈(320)에 삽입되어 고정될 수 있다. 즉, 도 3과 같이 스러스트 칼라(300)가 모자 형태로 형성되어 중앙에 삽입홈(320)이 형성되고 바깥쪽으로 테두리부(310)가 형성되어, 회전축(100)에 스러스트 칼라(300)를 용이하게 결합하여 고정되도록 할 수 있다. 이때, 스러스트 칼라(300)는 체결수단을 이용하여 회전축(100)에 더욱 견고하게 고정될 수 있다.In addition, an insertion groove 320 is formed at the center of the thrust collar 300 so that an end of the rotation shaft 100 may be inserted into and fixed to the insertion groove 320. That is, as shown in FIG. 3, the thrust collar 300 is formed in the shape of a hat so that the insertion groove 320 is formed in the center and the edge portion 310 is formed outward, so that the thrust collar 300 is easily formed on the rotation shaft 100. Can be fixed in combination. At this time, the thrust collar 300 may be more firmly fixed to the rotating shaft 100 by using a fastening means.

또한, 상기 갭 센서(500)는 스러스트 칼라(300)의 일면에서 축 방향으로 이격되어 구비될 수 있다. 즉, 회전축(100)의 단부를 감싸도록 스러스트 칼라(300)가 결합되어 스러스트 칼라(300)의 일면에서 축 방향으로 이격되어 갭 센서(500)가 설치되어 회전축(100)의 축 방향 변위를 측정할 수 있으며, 이에 따라 갭 센서(500)의 배치를 용이하게 할 수 있다.In addition, the gap sensor 500 may be provided spaced apart in the axial direction from one surface of the thrust collar (300). That is, the thrust collar 300 is coupled to surround the end of the rotation shaft 100 and spaced apart in the axial direction from one surface of the thrust collar 300 to install the gap sensor 500 to measure the axial displacement of the rotation shaft 100. In this case, the gap sensor 500 may be easily disposed.

또한, 상기 회전축(100)의 양측을 지지하는 래디얼 베어링(110)은 비접촉식 래디얼 베어링일 수 있다.In addition, the radial bearing 110 supporting both sides of the rotating shaft 100 may be a non-contact radial bearing.

즉, 회전축(100)을 지지하는 래디얼 베어링(110)이 접촉식으로 회전축의 반경 방향 하중을 지지하는 볼 베어링 또는 구름 베어링으로 형성될 경우, 임펠러(200)의 회전에 의해 발생되는 추력이 회전축(100)에 결합된 래디얼 베어링(110)에서 일부 지지되므로 정확한 추력을 측정할 수 없으며, 래디얼 베어링(110)에 추력이 작용하여 베어링의 수명이 단축될 수 있다. 그러므로 도 4와 같이 래디얼 베어링(110)이 비접촉식인 공기베어링 또는 자기베어링(111) 등으로 형성되면, 추력이 전부 스러스트 자기베어링(400)에 의해 지지되며 마찰이 매우 적어지므로 정확한 추력을 측정할 수 있는 장점이 있다.That is, when the radial bearing 110 supporting the rotating shaft 100 is formed as a ball bearing or a rolling bearing supporting the radial load of the rotating shaft in a contact manner, the thrust generated by the rotation of the impeller 200 is the rotating shaft ( Since it is partially supported by the radial bearing 110 coupled to 100, accurate thrust cannot be measured, and thrust acts on the radial bearing 110 to shorten the life of the bearing. Therefore, as shown in FIG. 4, when the radial bearing 110 is formed of a non-contact air bearing or a magnetic bearing 111, the thrust is entirely supported by the thrust magnetic bearing 400 and the friction is very small, so that accurate thrust can be measured. There is an advantage.

그리고 래디얼 자기베어링(111)도 제어부(600)에 연결되어, 회전축(100)의 반경 방향으로 작용하는 하중에 대해 지지되도록 할 수 있다.In addition, the radial magnetic bearing 111 may also be connected to the control unit 600 to be supported against a load acting in the radial direction of the rotation shaft 100.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.

1000 : 터보 기계의 추력 측정 장치
100 : 회전축
110 : 래디얼 베어링 111 : 래디얼 자기베어링
200 : 임펠러
300 : 스러스트 칼라 310 : 테두리부
320 : 삽입홈
400 : 스러스트 자기베어링
410 : 코어 411 : 홈
420 : 영구자석 430 : 코일
500 : 갭 센서
600 : 제어부1000: Thrust Measuring Device of Turbo Machine
100: rotation axis
110: radial bearing 111: radial magnetic bearing
200 impeller
300: thrust collar 310: edge portion
320: insertion groove
400: thrust magnetic bearing
410: core 411: home
420: permanent magnet 430: coil
500: gap sensor
600:

Claims (5)

래디얼 베어링에 의해 양측이 지지되는 회전축;
상기 회전축의 일측에 고정되는 임펠러;
상기 회전축의 타측에 고정되는 스러스트 칼라;
상기 스러스트 칼라의 외측에 구비되어 추력을 지지하는 스러스트 자기베어링;
상기 회전축의 축 방향 변위를 측정하는 갭 센서; 및
상기 스러스트 자기베어링 및 갭 센서에 연결되어, 상기 스러스트 자기베어링에 공급되는 전류를 제어하며 추력을 측정하는 제어부; 를 포함하여 이루어지며,
상기 스러스트 칼라는 중앙에 삽입홈이 형성되어 상기 회전축의 단부가 삽입홈에 삽입되어 고정되고,
상기 갭 센서는 스러스트 칼라의 일면에서 축 방향으로 이격되어 구비되며,
상기 제어부는 스러스트 자기베어링에 공급되는 전류 및 갭 센서에서 측정되는 축 방향 변위를 이용하여 추력을 측정하되,
상기 제어부에서 측정되는 추력(Ftrust)은 아래의 식(1) 및 식(2)에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 터보 기계의 추력 측정 장치.
Fbearing = Ki × ｉ - Kx × x 식(1)
Ftrust = - Fbearing 식(2)
(Ki : 전류게인, Kx : 위치게인, ｉ : 공급전류, x : 축 방향 변위)
A rotating shaft on which both sides are supported by a radial bearing;
An impeller fixed to one side of the rotating shaft;
A thrust collar fixed to the other side of the rotating shaft;
A thrust magnetic bearing provided on an outer side of the thrust collar to support thrust;
A gap sensor for measuring an axial displacement of the rotation axis; And
A control unit connected to the thrust magnetic bearing and a gap sensor to control a current supplied to the thrust magnetic bearing and measure a thrust; And,
The thrust collar is inserted into the groove is formed in the center end of the rotating shaft is inserted into the insertion groove is fixed,
The gap sensor is provided spaced apart in the axial direction on one surface of the thrust collar,
The controller measures the thrust using the current supplied to the thrust magnetic bearing and the axial displacement measured by the gap sensor,
Thrust (F trust ) measured by the control unit is a thrust measuring device of a turbomachine, characterized in that calculated by the following formula (1) and formula (2).
F bearing = K i × ｉ-K x × x Equation (1)
F trust =-F bearing formula (2)
(K i : current gain, K x : position gain, i: supply current, x: axial displacement)
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 회전축의 양측을 지지하는 래디얼 베어링은 비접촉식 래디얼 베어링인 것을 특징으로 하는 터보 기계의 추력 측정 장치.The method of claim 1,
The radial bearing for supporting both sides of the rotary shaft is a thrust measuring device of a turbomachine, characterized in that the non-contact radial bearing.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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