KR101518169B1 - 터보머신의 로터 베어링 장치 - Google Patents

터보머신의 로터 베어링 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터보머신의 로터 베어링 장치에 관한 것으로, 터빈에 의해 축회전하는 로터를 축방향으로 지지하고 로터의 축방향을 따라 이동가능하게 구비되는 베어링본체, 로터의 축방향을 따라 상기 베어링본체의 양쪽에 각각 구비되는 제1챔버 및 제2챔버, 상기 제1챔버로 유압을 공급하여 상기 베어링본체를 이동시키는 제1유압라인, 및 상기 제2챔버로 유압을 공급하여 상기 베어링본체를 이동시키는 제2유압라인을 포함하여, 로터의 변위를 최소화할 수 있고 부품의 수를 줄일 수 있으며 외부의 진동에 의해 로터에 휨이 발생하더라도 로터의 축방향 하중을 효과적으로 지지할 수 있고 베어링의 구동 및 윤활을 위한 유압을 용이하게 제어할 수 있게 된다.

Description

터보머신의 로터 베어링 장치{ A bearing device for a rotor of a turbomachine }
본 발명은 터보머신의 로터 베어링 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터보머신에서 터빈 로터를 축방향으로 지지하는 터보머신의 로터 베어링 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 가스터빈이나 증기터빈과 같은 터보머신(Turbo machine, 이하 가스터빈과 증기터빈을 비롯하여 터빈을 구비한 기관 내지 장치를 터보머신이라 한다)은 유체의 열에너지를 기계적 에너지인 회전력으로 변환하는 동력발생장치로, 유체에 의해 축회전하는 회전체 및 그 회전체를 지지하고 감싸는 고정체를 포함하고 있다.
증기터빈은 고압(HP) 터빈, 중압(IP) 터빈, 저압(LP) 터빈을 직렬 또는 병렬로 연결하여 로터를 회전시키고, 직렬구조의 경우 고압, 중압, 저압 터빈이 하나의 로터를 공유한다.
증기터빈에서 각 터빈들은 케이싱(Casing)의 내부에 회전축(Rotor)을 중심으로 고정익(Diaphragm), 회전익(Bucket)을 구비하고 있다. 증기가 고압(HP) 터빈, 중압(IP) 터빈, 저압(LP) 터빈의 고정익과 회전익을 통과하면서 로터를 회전시켜 발전기를 구동시키게 된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 터보머신 중 하나인 가스터빈은 크게 발전기를 구동시키는 로터(110), 연소가스를 생성하기 위한 연소기(130), 연소기(130)로부터 토출되는 연소가스에 의해 구동하여 로터(110)를 회전시키는 터빈(140), 및 연소기(130)로 고압의 공기를 공급하는 압축기(150)를 포함하고 있다.
상기 압축기(150)를 회전시켜 외부 공기를 흡입ㆍ압축하여 연소기(130)로 보내고, 연소기(130)에서 압축 공기에 연료를 공급하여 연소시킴으로써 고온ㆍ고압의 연소 가스를 생성한 후 터빈(140)으로 보내지며, 연소기(130)로부터 토출된 고온ㆍ고압의 연소가스가 터빈(140)의 회전익을 구동시켜 로터(110)를 회전시키게 된다.
로터(110)는 베어링 장치에 의해 고정체(120)의 내부에 축회전가능하게 지지된다. 로터(110)를 지지하는 베어링 장치는 로터(110)의 반경방향으로 작용하는 하중을 지지하는 레이디얼 베어링(radial bearing), 로터(110)의 축방향 하중을 지지하는 트러스트 베어링(thrust bearing)을 포함한다.
레이디얼 베어링과 트러스트 베어링은 롤러 베어링(roller bearing)이나 저널 베어링(journal bearing)이 대표적으로 적용된다.
여기서, 가스 터빈의 부품들은 운전시 고온ㆍ고압의 연소 가스에 노출됨으로써 열변형이 발생하게 되는데, 각 부품들의 노출 정도가 다르고 열변형도가 상이하여 부품들간의 상대 변위가 발생하게 된다.
가령, 로터(110)와 고정체(120) 사이에 축방향으로 상대 변위가 발생하게 되는데, 이 경우 로터(110)와 고정체(120) 사이의 간극이 달라져 부품들간에 간섭이 발생할 우려가 있었다.
특히, 슈라우드(shroud)가 없는 블레이드의 경우에는 가스 터빈의 운전 정지 상태로부터 운전 상태로 이행될 때 로터 블레이드와 고정체의 내측벽 사이의 간극이 크게 달라지게 된다.
또한, 로터(110)가 축방향으로 변형되면 로터 반경방향 하중을 지지하는 레이디얼 베어링이 축방향 변위 허용한계를 넘어 파손될 수 있는 문제점이 있었다. 가령, 가스터빈에서 레이디얼 베어링의 축방향 변위 허용한계는 10mm 정도인데 로터(110)의 축방향 변위가 이를 초과하게 되면 베어링 자체가 파손된다.
상대 변위로 인해 부품들간의 간극이 좁아지게 되면 서로 간섭이 발생하여 부품이 손상될 우려가 높아지는 반면, 간극이 넓어지게 되면 실링 성능이 저하되면서 결국 터빈의 효율을 저하시키게 된다.
이에 미국특허 4915510(선행문헌) 등에 개시된 바와 같이, 로터(110)의 변위를 보상하기 위한 베어링 장치들이 개발되어 있다.
도 2를 참조하면, 로터(110)의 외주면에는 1쌍의 플랜지(111)가 구비되고, 그 1쌍의 플랜지(111)의 사이에 베어링본체(101)가 구비되어 있다.
상기 베어링본체(101)의 일측에는 1쌍의 실린더실(102,103)이 상기 1쌍의 플랜지(111)에 각각 대향되도록 구비되고, 각 실린더실(102,103)에 피스톤(104,105)이 각각 슬라이드가능하게 구비되어 있다.
각 실린더실(102,103)로는 유압공급라인(도면미도시)이 각각 연결되어 유압공급원(도면미도시)으로부터 유압을 공급받아 피스톤(104,105)을 이동시키게 된다.
상기 베어링본체(101)가 고정된 상태에서 피스톤(104,105)이 플랜지(111) 쪽으로 이동하면서 플랜지(111)의 내측벽과 접촉하여 로터(110)를 지지하게 된다. 2개의 피스톤(104,105) 중 어느 하나의 피스톤(104)이 신장되면 다른 피스톤(105)은 신축되게 실린더실(102,103)로 유압이 공급되면서 로터(110)의 변위를 복원시키는 방향으로 플랜지(111)에 힘을 가하게 된다.
도 2에 도시된 변위의 보상원리는 선행문헌에 상세히 개시되어 있으므로 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.
그러나, 독립된 유압 피스톤(104,105)을 양방향으로 각각 구비해야 하므로 장치가 복잡하고, 그로 인해 작동 불량 가능성이 높아 유지보수 노력이 크게 소요되는 문제점이 있었다. 아울러, 피스톤(104,105)의 출몰에 의해 플랜지(111) 내측벽과 베어링본체(101) 사이의 간극이 달라지게 되므로 유압 제어에 어려움이 있었다.
또한, 트러스트 베어링은 레이디얼 베어링에 비해 현저히 많은 양의 오일을 소모하게 되는데, 피스톤의 출몰 구조로 인해 마찰접촉부에 오일을 공급하는 구조를 구현하기가 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 터보머신의 로터 베어링 장치가 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로, 로터의 변위를 최소화할 수 있고 부품의 수를 줄일 수 있으며 외부의 진동에 의해 로터에 휨이 발생하더라도 로터의 축방향 하중을 효과적으로 지지할 수 있고 베어링의 구동 및 윤활을 위한 유압을 용이하게 제어할 수 있는 터보머신의 로터 베어링 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 터보머신의 로터 베어링 장치는, 터빈에 의해 축회전하는 로터를 축방향으로 지지하고 로터의 축방향을 따라 이동가능하게 구비되는 베어링본체, 로터의 축방향을 따라 상기 베어링본체의 양쪽에 각각 구비되는 제1챔버 및 제2챔버, 상기 제1챔버로 유압을 공급하여 상기 베어링본체를 이동시키는 제1유압라인, 및 상기 제2챔버로 유압을 공급하여 상기 베어링본체를 이동시키는 제2유압라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 터보머신의 로터 베어링 장치에 있어서, 상기 베어링본체의 일측에 로터와의 접촉면으로 오일을 공급하는 오일이송유로가 형성되고, 고정체의 일측에 상기 오일이송유로로 오일을 공급하는 오일공급유로가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터보머신의 로터 베어링 장치에 있어서, 상기 오일공급유로 및 오일이송유로와 연통되어 형성되고 상기 오일공급유로로부터 토출되는 오일을 포집하여 상기 오일이송유로로 공급하는 오일챔버를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터보머신의 로터 베어링 장치에 있어서, 상기 베어링본체는 로터의 반경방향을 중심으로 선회(tilting)가능하게 구비된다.
본 발명의 실시예에 따른 터보머신의 로터 베어링 장치에 있어서, 상기 베어링본체의 선단과 상기 오일챔버의 내측벽 중 적어도 어느 하나가 로터의 축방향에 대하여 소정의 틸트각을 이루며 접촉되게 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터보머신의 로터 베어링 장치에 있어서, 상기 베어링본체의 선단이 둥글게 형성될 수 있고, 상기 오일챔버의 내측벽이 둥글게 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터보머신의 로터 베어링 장치에 있어서, 상기 베어링본체는 그 선단과 상기 오일챔버의 내측벽이 서로 소정간격을 두고 이격되어 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터보머신의 로터 베어링 장치에 있어서, 상기 베어링본체 및 고정체와 함께 상기 제1챔버 또는 제2챔버를 밀폐공간으로 형성하고 고정체에 대하여 상기 베어링본체를 이동가능하게 지지하는 제1지지부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터보머신의 로터 베어링 장치에 있어서, 로터의 외주면에 1쌍의 플랜지가 서로 소정간격을 두고 구비되고, 상기 베어링본체는 1쌍의 플랜지의 사이에 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터보머신의 로터 베어링 장치에 있어서, 상기 베어링본체는 상기 1쌍의 플랜지 쪽으로 각각 오일이 분사되도록 상기 오일이송유로의 오일토출구를 구비하는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 터보머신의 로터 베어링 장치에 있어서, 베어링본체의 일측에 로터의 플랜지를 수용하는 플랜지 수용홈이 형성되고, 상기 플랜지 수용홈의 내측벽에 그 플랜지 수용홈에 위치하는 플랜지 양쪽으로 오일이 분사되도록 상기 오일이송유로의 오일토출구가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터보머신의 로터 베어링 장치에 있어서, 상기 베어링본체 및 고정체와 함께 상기 오일챔버를 밀폐공간으로 형성하고 고정체에 대하여 상기 베어링본체를 이동가능하게 지지하는 제2지지부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터보머신의 로터 베어링 장치에 있어서, 상기 베어링본체는 로터의 외측면과 소정간격을 두고 이격되어 구비되는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 터보머신의 로터 베어링 장치에 있어서, 로터의 변위를 측정하는 로터변위검출부, 및 상기 로터변위검출부로부터 로터의 변위에 대한 정보를 수신하여 유압공급원으로부터 상기 제1유압라인 및 제2유압라인을 통해 상기 제1챔버 및 제2챔버로 공급되는 유압을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터보머신의 로터 베어링 장치에 있어서, 상기 제어부는 상기 로터변위검출부로부터 수신한 로터의 변위값에 비례하여 유압을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터보머신의 로터 베어링 장치에 있어서, 상기 로터변위검출부는 로터의 변위방향을 인지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터보머신의 로터 베어링 장치에 있어서, 상기 제어부는 상기 로터변위검출부로부터 로터의 변위방향에 대한 정보를 수신하고, 로터의 변위방향과 반대방향으로 상기 베어링본체가 이동할 수 있도록 상기 제1챔버 및 제2챔버 중 어느 하나의 유압공급량은 증가시키고 다른 하나는 감소시키는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 터보머신의 로터 베어링 장치에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1유압라인 및 제2유압라인으로 공급되는 유압공급량의 합이 일정하게 제어하는 것도 가능하다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 터보머신의 로터 베어링 장치에 의하면, 로터의 축방향 변위시 베어링본체를 변형의 반대방향으로 이동시켜 로터의 변위를 보상함으로써 로터의 변위를 최소화할 수 있고, 그로 인해 회전체와 고정체 사이의 간극을 적절하게 유지할 수 있으며, 로터의 반경방향 하중을 지지하는 로터의 축방향 변위로 레이디얼 베어링이 축방향 변위 허용한계를 넘어 파손되지 않도록 보호할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 베어링본체 자체가 피스톤 운동을 함으로써 부품의 수가 줄어들어 불량률을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 부품의 점검 포인트도 감소하여 유지보수비용을 절감할 수 있게 된다.
본 발명에 의하면, 터빈의 진동에 의해 로터에 휨이 발생하더라도 로터와 함께 틸팅되면서 로터와 평행도를 유지할 수 있고, 그로 인해 로터의 축방향 하중을 효과적으로 지지할 수 있게 된다.
본 발명에 의하면, 베어링본체와 로터 플랜지 사이의 양쪽 간극의 합이 일정하여 그 간극들로 토출되는 전체 유압공급량에 변화가 없게 되므로 유압공급량을 용이하게 제어할 수 있게 된다.
본 발명에 의하면, 종래와 같은 복잡한 피스톤 구조가 아니므로 베어링본체 자체에 오일공급유로가 용이하게 구현될 수 있게 된다.
도 1은 통상의 가스터빈을 나타낸 개략적 측단면도,
도 2는 종래의 기술에 따른 터보머신의 로터 베어링 장치를 나타낸 개략적 측단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보머신의 로터 베어링 장치를 나타낸 개략적 횡단면도,
도 4는 도 3에 도시된 트러스트 베어링의 작동상태를 나타낸 개략적 횡단면도,
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터보머신의 로터 베어링 장치를 나타낸 개략적 횡단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 로터(10)는 고정체(20)와 소정간격을 두고 이격되어 축회전가능하게 구비되고, 고정체(20)에는 로터(10)를 축방향(X)으로 지지하는 트러스트 베어링이 구비되어 있다. 이하 베어링본체(30)는 트러스트 베어링의 몸체를 말한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터보머신의 로터 베어링 장치는, 로터(10)의 축방향을 따라 이동가능하게 구비되는 베어링본체(30), 로터(10)의 축방향을 따라 상기 베어링본체(30)의 양쪽에 각각 구비되는 제1챔버(21) 및 제2챔버(22), 상기 제1챔버(21)로 유압을 공급하여 상기 베어링본체(30)를 이동시키는 제1유압라인(41), 상기 제2챔버(22)로 유압을 공급하여 상기 베어링본체(30)를 이동시키는 제2유압라인(42), 로터의 변위를 측정하는 로터변위검출부, 및 상기 로터변위검출부로부터 로터(10)의 변위에 대한 정보를 수신하여 상기 제1챔버(21) 및 제2챔버(22)로 공급되는 유압을 제어하는 제어부를 포함한다.
본 실시예에서는 로터(10)의 외주면에 그 축방향(X)을 따라 1쌍의 플랜지(11)가 서로 소정간격을 두고 구비되고, 상기 베어링본체(30)는 1쌍의 플랜지(11)의 사이에 구비되어 있다.
상기 베어링본체(30)는 상기 플랜지(11)를 지지함으로써 로터(10)를 축방향으로 지지한다. 상기 베어링본체(30)는 로터(10)의 축방향(X)을 따라 이동가능하게 구비되어 있다.
고정체(20)의 일측에는 상기 베어링본체(30)를 수용하는 챔버가 형성되어 있다. 상기 챔버는 상기 베어링본체(30)에 의해 제1챔버(21)와 제2챔버(22)로 구분된다. 즉, 상기 베어링본체(30)의 일부가 고정체(20)의 챔버에 중앙으로 삽입되어 구비되고, 이때 상기 베어링본체(30)를 중심으로 양쪽으로 제1챔버(21)와 제2챔버(22)가 각각 구분되어 형성된다.
상기 제1챔버(21) 및 제2챔버(22)는 제1지지부재(60)에 의해 상기 베어링본체(30)와 고정체(20) 및 제1지지부재(60)에 의해 밀폐공간으로 형성된다.
상기 제1지지부재(60)는 상기 베어링본체(30)와 고정체(20)의 챔버 내측벽 사이에 구비되어 상기 베어링본체(30) 및 고정체(20)와 함께 상기 제1챔버(21) 또는 제2챔버(22)를 밀폐공간으로 형성한다.
상기 고정체(20)의 일측에는 상기 제1유압라인(41)과 제2유압라인(42)이 형성되어 있다.
상기 제1유압라인(41)은 유압공급원(40)으로부터 상기 제1챔버(21)로 유압을 공급하고, 상기 제1유압라인(41)은 유압공급원(40)으로부터 상기 제2챔버(22)로 유압을 공급한다.
상기 베어링본체(30)는 상기 제1챔버(21)와 제2챔버(22) 중 유압이 낮은 쪽으로 이동하게 된다. 가령, 상기 제1유압라인(41)으로부터 제1챔버(21)로 유압이 공급되면 상기 베어링본체(30)는 제2챔버(22) 쪽으로 이동하려고 한다. 이때 상기 제1챔버(21)의 유압이 제2챔버(22)보다 더 커지게 되면 상기 베어링본체(30)가 제2챔버(22) 쪽으로 이동하게 된다.
반대로, 상기 제2유압라인(42)으로부터 제2챔버(22)로 유압이 공급되면 상기 베어링본체(30)는 제1챔버(21) 쪽으로 이동하고, 이때 상기 제2챔버(22)의 유압이 제1챔버(21)보다 더 커지게 되면 상기 베어링본체(30)가 제1챔버(21) 쪽으로 이동하게 된다.
상기 제1챔버(21)나 제2챔버(22) 중 어느 한쪽의 유압을 증가시킬 때 다른 쪽의 유압을 감소시키게 되면 양쪽의 유압차가 빠르게 발생하게 되고, 그로 인해 상기 베어링본체(30)가 신속하게 이동하게 된다.
상기 제1지지부재(60)는 고정체(20)에 대하여 상기 베어링본체(30)를 이동가능하게 지지한다. 상기 베어링본체(30)의 양쪽에는 제1슬리브(31)가 각각 구비되고, 상기 제1슬리브(31)와 제1챔버(21)의 내측벽 사이 및 제1슬리브(31)와 제2챔버(22)의 내측벽 사이에 상기 제1지지부재(60)가 각각 구비된다. 상기 제1지지부재(60)는 상기 베어링본체(30)와 고정체(20) 사이의 기밀을 유지하면서 상기 베어링본체(30)가 로터(10)의 축방향을 따라 이동할 수 있도록 지지한다.
상기 제어부(도면미도시)는 상기 로터변위검출부(도면미도시)로부터 로터(10)의 변위에 대한 정보를 수신하여 유압공급원(40)으로부터 상기 제1챔버(21) 및 제2챔버(22)로 공급되는 유압을 제어한다.
상기 로터변위검출부는 로터(10)의 변위 여부, 변위 정도 및 변위 방향을 감지한다. 상기 로터변위검출부의 대표적인 예는 간극을 감지하는 갭센서(gap sensor)이나 상기한 목적을 달성할 수 있는 센서는 모두 본 발명의 범주에 포함됨은 물론이다.
상기 로터변위검출부는 로터(10)의 플랜지(11)와 베어링본체(30)의 사이의 간극을 측정한 후 기준값과 비교하여 로터(10)의 변위 여부 및 변위 정도를 판단한다.
한편, 상기 1쌍의 플랜지(11)와 베어링본체(30)의 양쪽 두 간극을 각각 측정하는 로터변위검출부를 각각 구비하는 경우, 2개의 로터변위검출부가 측정한 변위값을 토대로 로터(10)의 변위 방향을 판단할 수 있다. 즉, 어느 하나의 로터변위검출부가 측정한 변위값이 증가하고 다른 로터변위검출부가 측정한 변위값이 감소하였다면 로터(10)는 변위값이 증가한 쪽에서 감소한 쪽으로 이동하였음을 알 수 있다.
상기 제어부는 상기 로터변위검출부로부터 로터(10)의 변위 여부, 변위 정도 및 변위 방향에 대한 정보를 수신하여 베어링본체(30)의 이동방향과 이동정도를 판단하게 되고, 그에 따라 상기 제1유압라인(41) 및 제2유압라인(42)으로 인가되는 유압을 조정한다.
즉, 상기 제어부는 상기 로터변위검출부로부터 수신한 로터(10)의 변위정도에 비례하여 유압공급량을 증감시킨다.
상기 제어부는 상기 로터변위검출부로부터 로터(10)의 변위방향에 대한 정보를 수신하고, 로터(10)의 변위방향과 반대방향으로 상기 베어링본체(30)가 이동할 수 있도록 상기 제1챔버(21) 및 제2챔버(22) 중 어느 하나의 유압공급량은 증가시키고 다른 하나는 드레인시키는 것도 가능하다.
상기 제1유압라인(41) 및 제2유압라인(42)에는 개폐밸브 내지는 비례제어밸브가 구비되어 있다.
개폐밸브(도면미도시)의 경우, 상기 제어부는 상기 개폐밸브에 단순 개폐신호를 인가하고 개방시간을 조절하여 상기 제1유압라인(41) 및 제2유압라인(42)으로 공급되는 유압을 조절할 수 있다.
비례제어밸브(도면미도시)의 경우, 상기 제어부는 비례제어밸브에 개구면적을 비례적으로 제어하는 신호를 인가하여 상기 제1유압라인(41) 및 제2유압라인(42)으로 공급되는 유압을 조절하게 된다.
한편, 상기 제1유압라인(41)과 제2유압라인(42)으로 공급되는 전체 유압공급량을 일정하게 하고, 그 전체 유압공급량이 상기 제1유압라인(41)과 제2유압라인(42)으로 나뉘어 분배되도록 할 수 있다. 이 경우 하나의 유압공급원(40)으로부터 제1유압라인(41)과 제2유압라인(42)으로 분배하는 비례제어밸브(43)를 구비할 수 있다.
상기 제1유압라인(41)을 통해 상기 제1챔버(21)로 공급되는 유압공급량을 Q1이라 하고, 상기 제1유압라인(41)을 통해 상기 제2챔버(22)로 공급되는 유압공급량을 Q2라고 할 때, 전체공급량 Qt(일정) = Q1 + Q2 이다. Qt가 일정한 상태에서 Q1의 감소량은 Q2의 증가량이 되고, Q2의 감소량은 Q1의 증가량이 된다.
따라서, 상기 제1유압라인(41) 및 제2유압라인(42)의 유압공급량을 동시에 신속하게 증감시킬 수 있게 되고, 하나의 비례제어밸브(43)만으로 베어링본체(30)를 간편하게 이동시킬 수 있는 유압회로를 구성할 수 있게 된다.
여기서, 후술하는 바와 같이, 오일토출구(53)를 통해 상기 베어링본체(30)와 플랜지(11) 사이의 간극들로 토출되는 전체 오일공급량이 일정한 경우, 상기 비례제어밸브(43)로 공급되는 유압공급량도 일정하므로 별도의 유압공급원(40')을 구비하지 않고 하나의 유압공급원(40)으로 제1유압라인(41)과 제2유압라인(42) 및 오일공급유로(51)로 유압(내지 오일)을 공급할 수 있게 된다.
상기 고정체(20)의 내측벽은 로터(10)의 축방향(X)과 평행하게 형성되고, 상기 베어링본체(30)의 선단이 로터(10)의 축방향(X)에 대하여 소정의 틸트각(α)을 가지고 형성되어 있다. 따라서, 상기 베어링본체(30)의 선단은 상기 고정체(20)의 내측벽에 대하여 소정의 틸트각(α)를 가지게 된다.
가령, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 베어링본체(30)의 선단이 둥글게 형성되고 고정체(20)의 내측벽에 접촉되어 구비된다. 따라서, 고정체(20)의 내측벽에 상기 베어링본체(30)의 선단이 접촉된 부분의 양쪽으로 상기 베어링본체(30)가 움직일 수 있는 공간이 형성되고, 그로 인해 도 4에 도시된 바와 같이 상기 베어링본체(30)가 로터(10)의 반경방향(Y)을 중심으로 선회(tilting)할 수 있게 된다.
여기서, 상기 베어링본체(30)의 선단과 고정체(20)의 챔버 내측벽 중 적어도 어느 하나가 로터(10)의 축방향(X)에 대하여 소정의 틸트각(α)을 이루게 되면 상기 베어링본체(30)의 선단이 고정체(20)의 내측벽에 대하여 소정의 틸트각(α)를 가지게 된다.
가령, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 베어링본체(30')의 선단은 로터(10)의 축방향(X)과 평행하게 형성되고, 고정체(20')의 내측벽이 로터(10)의 축방향(X)에 대하여 소정의 틸트각(α)을 가지고 형성되는 것도 가능하다. 이 경우 고정체(20')의 내측벽은 둥글게 형성될 수 있다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 베어링본체(30')의 선단과 고정체(20)의 내측벽이 서로 소정간격을 두고 이격되어 구비되는 경우, 상기 베어링본체(30)가 로터(10)의 반경방향(Y)을 중심으로 선회(tilting)할 수 있게 된다.
또한, 상기 베어링본체(30)의 하단도 로터(10)의 외측면과 소정간격을 두고 이격되어 구비된다. 따라서, 상기 베어링본체(30)의 하단과 로터(10)의 외주면의 간섭없이 베어링본체(30)가 선회할 수 있게 된다.
여기서, 상기 제1지지부재(60)는 상기 베어링본체(30)가 선회할 수 있도록 탄성적으로 변형가능하게 구비된다. 상기 제1지지부재(60)는 상기 베어링본체(30)의 양쪽에 각각 구비되는데, 상기 베어링본체(30)가 어느 한쪽으로 선회하여 기울어지게 되면 한쪽 제1지지부재(60)는 베어링본체(30)와 함께 이동하면서 신축하게 된다. 이와 동시에 반대쪽 제1지지부재(60)는 베어링본체(30)와 함께 이동하면서 신장하게 된다. 상기 제1지지부재(60)는 탄성적으로 변형되면서 베어링본체(30)와 고정체(20) 사이의 기밀을 유지하게 된다.
따라서, 터빈의 진동에 의해 로터(10)에 휨이 발생하더라도 상기 베어링본체(30)가 로터(10)와 함께 틸팅되면서 로터(10)와 평행도를 유지하게 되고, 그로 인해 로터(10)의 축방향 하중을 효과적으로 지지할 수 있게 된다.
상기 베어링본체(30)의 일측에 로터(10)와의 접촉면(33)으로 오일을 공급하는 오일이송유로(52)가 형성되고, 고정체(20)의 일측에 상기 오일이송유로(52)로 오일을 공급하는 오일공급유로(51)가 형성되어 있다.
상기 오일공급유로(51)로는 독립된 유압공급원(40')으로부터 오일을 공급받는 것도 가능하고, 상기 유압공급원(40)을 공동으로 사용하는 것도 가능하다.
상기 베어링본체(30)의 양쪽 접촉면(33)에 상기 오일이송유로(52)의 오일토출구(53)가 각각 형성되어 상기 1쌍의 플랜지(11) 쪽으로 각각 오일이 분사된다. 상기 오일토출구(53)가 형성된 접촉면(33)에는 베어링 패드(35)가 구비될 수 있다. 상기 오일토출구(53)로부터 토출된 오일은 상기 베어링본체(30)의 접촉면(33)과 플랜지(11) 내측벽의 사이에서 오일막을 형성하여 윤활/냉각을 하게 된다.
여기서, 상기 베어링본체(30) 자체가 1쌍의 플랜지(11) 사이에서 로터(10)의 축방향(X)을 따라 이동하므로 상기 베어링본체(30)와 플랜지(11) 사이의 양쪽 간극의 합이 베어링본체(30)의 변위에 무관하게 항상 일정하게 된다. 따라서, 상기 오일토출구(53)를 통해 상기 베어링본체(30)와 플랜지(11) 사이의 간극들로 토출되는 전체 오일공급량이 일정하게 유지되어 용이하게 오일공급량을 제어할 수 있게 된다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이 베어링본체(30")의 일측에 로터(10)의 플랜지(11')를 수용하는 플랜지 수용홈(37)이 형성될 수 있다.
이 경우 오일이송유로(52')의 오일토출구(53')는 상기 플랜지 수용홈(37)의 양쪽 내측벽에 서로 마주보게 형성되어 상기 플랜지(11') 양쪽으로 오일이 분사된다.
상기 오일공급유로(51) 및 오일이송유로(52)는 오일챔버(50)에 의해 서로 연결된다.
상기 오일챔버(50)는 오일공급유로(51) 및 오일이송유로(52)와 연통되어 그 오일공급유로(51)로부터 토출되는 오일을 포집하여 상기 오일이송유로(52)로 공급한다.
상기 오일챔버(50)는 베어링본체(30)의 선단과 고정체(20) 및 제2지지부재(70)에 의해 밀폐공간으로 형성된다.
상기 제2지지부재(70)는 상기 베어링본체(30)와 고정체(20) 사이의 기밀을 유지하면서 상기 베어링본체(30)가 로터(10)의 축방향을 따라 이동할 수 있도록 지지한다.
여기서, 상기 제2지지부재(70)는 상기 제1챔버(21) 및 제2챔버(22)에 각각 구비되고 상기 베어링본체(30)가 선회할 수 있도록 탄성적으로 변형가능하게 구비된다.
상기 베어링본체(30)의 양쪽에 제2슬리브(32)가 각각 구비되고, 상기 제2슬리브(32)와 고정체(20)의 외측면 사이에 상기 제2지지부재(70)가 각각 구비된다.
상기 제2지지부재(70)는 상기 베어링본체(30)의 선단 양쪽에 각각 구비되므로, 상기 베어링본체(30)가 어느 한쪽으로 선회하여 기울어지게 되면 한쪽 제2지지부재(70)는 베어링본체(30)와 함께 이동하면서 신축함과 동시에 반대쪽 제2지지부재(70)는 베어링본체(30)와 함께 이동하면서 신장하게 된다. 상기 제2지지부재(70)는 탄성적으로 변형되면서 베어링본체(30)와 고정체(20) 사이의 기밀을 유지하게 된다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10 : 로터 11,11' : 플랜지
20 : 고정체 21 : 제1챔버
22 : 제2챔버 30,30',30" : 베어링본체
31 : 제1슬리브 32 : 제2슬리브
33 : 접촉면 35 : 베어링 패드
37 : 플랜지 수용홈 40 : 유압공급원
41 : 제1유압라인 42 : 제2유압라인
50 : 오일챔버 51 : 오일공급유로
52,52' : 오일이송유로 53,53' : 오일토출구
60 : 제1지지부재 70 : 제2지지부재

Claims (19)

  1. 터빈에 의해 축회전하는 로터를 축방향으로 지지하고, 로터의 축방향을 따라 이동가능하게 구비되는 베어링본체;
    고정체의 일측에 구비되고, 로터의 축방향을 따라 상기 베어링본체의 양쪽에 각각 구비되는 제1챔버 및 제2챔버;
    고정체의 일측에 구비되고, 상기 제1챔버로 유압을 공급하여 상기 베어링본체를 이동시키는 제1유압라인;
    고정체의 일측에 구비되고, 상기 제2챔버로 유압을 공급하여 상기 베어링본체를 이동시키는 제2유압라인; 및
    상기 베어링본체 및 상기 고정체와 함께 상기 제1챔버 또는 상기 제2챔버를 밀폐공간으로 형성하고, 상기 고정체에 대하여 상기 베어링본체를 이동가능하게 지지하는 제1지지부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보머신의 로터 베어링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베어링본체의 일측에 로터와의 접촉면으로 오일을 공급하는 오일이송유로가 형성되고, 고정체의 일측에 상기 오일이송유로로 오일을 공급하는 오일공급유로가 형성된 것을 특징으로 하는 터보머신의 로터 베어링 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 오일공급유로 및 오일이송유로와 연통되어 형성되고, 상기 오일공급유로로부터 토출되는 오일을 포집하여 상기 오일이송유로로 공급하는 오일챔버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터보머신의 로터 베어링 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 베어링본체는,
    로터의 반경방향을 중심으로 선회(tilting)가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 터보머신의 로터 베어링 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 베어링본체의 선단과 상기 오일챔버의 내측벽 중 적어도 어느 하나가 로터의 축방향에 대하여 소정의 틸트각을 이루며 접촉되게 구비된 것을 특징으로 하는 터보머신의 로터 베어링 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 베어링본체는,
    그 선단이 둥글게 형성된 것을 특징으로 하는 터보머신의 로터 베어링 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 오일챔버는,
    그 내측벽이 둥글게 형성된 것을 특징으로 하는 터보머신의 로터 베어링 장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 베어링본체는,
    그 선단과 상기 오일챔버의 내측벽이 서로 소정간격을 두고 이격되어 구비된 것을 특징으로 하는 터보머신의 로터 베어링 장치.
  9. 삭제
  10. 제2항에 있어서,
    로터의 외주면에 1쌍의 플랜지가 서로 소정간격을 두고 구비되고, 상기 베어링본체는 1쌍의 플랜지의 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 터보머신의 로터 베어링 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 베어링본체는,
    상기 1쌍의 플랜지 쪽으로 각각 오일이 분사되도록 상기 오일이송유로의 오일토출구를 구비한 것을 특징으로 하는 터보머신의 로터 베어링 장치.
  12. 제2항에 있어서,
    베어링본체의 일측에 로터의 플랜지를 수용하는 플랜지 수용홈이 형성되고, 상기 플랜지 수용홈의 내측벽에 그 플랜지 수용홈에 위치하는 플랜지 양쪽으로 오일이 분사되도록 상기 오일이송유로의 오일토출구가 형성된 것을 특징으로 하는 터보머신의 로터 베어링 장치.
  13. 제3항에 있어서,
    상기 베어링본체 및 고정체와 함께 상기 오일챔버를 밀폐공간으로 형성하고, 고정체에 대하여 상기 베어링본체를 이동가능하게 지지하는 제2지지부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터보머신의 로터 베어링 장치.
  14. 제4항에 있어서, 상기 베어링본체는,
    로터의 외측면과 소정간격을 두고 이격되어 구비되는 것을 특징으로 하는 터보머신의 로터 베어링 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    로터의 변위를 측정하는 로터변위검출부; 및
    상기 로터변위검출부로부터 로터의 변위에 대한 정보를 수신하여 유압공급원으로부터 상기 제1유압라인 및 제2유압라인을 통해 상기 제1챔버 및 제2챔버로 공급되는 유압을 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터보머신의 로터 베어링 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 로터변위검출부로부터 수신한 로터의 변위값에 비례하여 유압을 제어하는 것을 특징으로 하는 터보머신의 로터 베어링 장치.
  17. 제15항에 있어서, 상기 로터변위검출부는,
    로터의 변위방향을 인지하도록 된 것을 특징으로 하는 터보머신의 로터 베어링 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 로터변위검출부로부터 로터의 변위방향에 대한 정보를 수신하고, 로터의 변위방향과 반대방향으로 상기 베어링본체가 이동할 수 있도록 상기 제1챔버 및 제2챔버 중 어느 하나의 유압공급량은 증가시키고 다른 하나는 감소시키는 것을 특징으로 하는 터보머신의 로터 베어링 장치.
  19. 제15항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1유압라인 및 제2유압라인으로 공급되는 유압공급량의 합이 일정하게 제어하는 것을 특징으로 하는 터보머신의 로터 베어링 장치.
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