KR101579692B1 - 벨로즈 구조를 갖는 밀폐형 방열부재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 벨로즈 구조를 갖는 밀폐형 방열부재에 관한 것이다. 보다 상세하게는 마이크로 가스터빈의 베어링 하우징과 노즐링 사이에 복수개의 벨로즈를 구비하는 방열부재를 삽입하되, 베어링 하우징과 노즐링에 조립시 원래 길이보다 압축되도록 베어링 하우징과 노즐링 사이의 간격보다 긴 길이를 갖도록 함으로써, 마이크로 가스터빈에 조립시 밀폐구조를 가져야 하는 구조물에 대한 들뜸이 방지되고 구동시 연소열로 인해 열팽창되어 더욱 밀착력이 향상되므로 에어 포일 베어링의 냉각효율이 저하를 방지하고 터빈의 고온부가 연소열의 손실이 없는 온도를 유지하도록 하여 성능 저하를 방지할 수 있으며, 원통부에 복수개의 냉각공기 유동홀을 형성하여 에어포일 베어링으로의 냉각공기 유동에 방해가 되지 않도록 하고, 장기간 사용시에도 벨로즈에 의한 텐션이 유지되므로 주변 부품에 대하여 항상 일정한 간격(Gap)을 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 체결 볼트에 가해지는 부하를 경감시켜 체결 볼트의 손상 또는 파단을 방지할 수 있는 벨로즈 구조를 갖는 밀폐형 방열부재에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 마이크로 가스터빈의 베어링 하우징에 밀착 결합되며 제1 체결공을 구비하는 고리 형상의 제1 체결부; 제1 체결부와 이격되어 마이크로 가스터빈의 노즐링에 밀착 결합되고, 힛 실드 인슐레이션(Heat Shield Insulation)과 힛 실드(Heat Shield)가 삽입되는 홈을 구비하며, 홈 내부에는 중공과 제2 체결공을 구비하는 원판 형상의 제2 체결부가 구비되는 힛 실드 백 플레이트(Heat Shield Back Plate); 및 제1 체결부와 힛 실드 백 플레이트 사이에 구비되며 제1 체결부와 힛 실드 백 플레이트 사이에 압축력과 인장력을 제공하는 복수개의 벨로즈를 포함하며, 마이크로 가스터빈의 베어링 하우징과 노즐링에 조립시 압축되도록 베어링 하우징과 노즐링 사이의 간격보다 긴 길이를 갖는, 벨로즈 구조를 갖는 밀폐형 방열부재를 제공한다.

Description

벨로즈 구조를 갖는 밀폐형 방열부재{omitted}

본 발명은 벨로즈 구조를 갖는 밀폐형 방열부재에 관한 것이다. 보다 상세하게는 마이크로 가스터빈의 베어링 하우징과 노즐링 사이에 복수개의 벨로즈를 구비하는 방열부재를 삽입하되, 베어링 하우징과 노즐링에 조립시 원래 길이보다 압축되도록 베어링 하우징과 노즐링 사이의 간격보다 긴 길이를 갖도록 함으로써, 마이크로 가스터빈에 조립시 밀폐구조를 가져야 하는 구조물에 대한 들뜸이 방지되고 구동시 연소열로 인해 열팽창되어 더욱 밀착력이 향상되므로 에어 포일 베어링의 냉각효율이 저하를 방지하고 터빈의 고온부가 연소열의 손실이 없는 온도를 유지하도록 하여 성능 저하를 방지할 수 있으며, 원통부에 복수개의 냉각공기 유동홀을 형성하여 에어포일 베어링으로의 냉각공기 유동에 방해가 되지 않도록 하고, 장기간 사용시에도 벨로즈에 의한 텐션이 유지되므로 주변 부품에 대하여 항상 일정한 간격(Gap)을 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 체결 볼트에 가해지는 부하를 경감시켜 체결 볼트의 손상 또는 파단을 방지할 수 있는 벨로즈 구조를 갖는 밀폐형 방열부재에 관한 것이다.

에너지자원이 부족하고 막대한 양의 에너지를 수입에 의존하는 국내현실에서 에너지의 효율적 생산과 이용은 국가 경쟁력 향상과 직결되는 중요한 문제이다. 이에 대한 방안 중 하나로, 다양한 수요 분산거점에 전천후 설치하여 전력 및 냉난방 열을 생산하고 안정적으로 공급하는 분산형 마이크로 가스터빈 열병합 발전시스템에 대한 기술개발 및 보급 활성화를 들 수 있다. 마이크로 가스터빈을 이용한 발전시스템은 대규모 발전소 건설에 따른 부담과 송전/열수송 손실을 줄일 수 있는 안정적인 신전원이라 할 수 있다.

도 1은 일반적인 마이크로 가스터빈의 일부 단면도이다.

도 1을 참조하면, 일반적인 마이크로 가스터빈은 베어링 하우징(2)과 노즐링(4)이 이루는 공간에 방열판(6)이 구비된다. 방열판(6)은 터빈 휠(8)로 유입되는 연소가스가 냉각 압축공기와 혼합되지 않도록 차단하는 역할을 수행한다.

일반적인 방열판(6)은 원판 형상으로 형성되므로, 제품 조립과정에서의 체결시 들뜸 현상으로 인한 누출(Leak)이 발생하게 된다. 누출이 발생할 경우 터빈 휠(8) 쪽의 고온의 연소가스가 베어링 하우징(2)과 노즐링(4) 사이의 공간으로 누출되어 냉각 압축공기와 혼합되므로, 에어 포일 베어링(10)의 냉각효율이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 터빈의 고온부의 연소가스가 누출된 냉각공기에 의해 냉각되므로 고온부가 적절한 온도를 유지할 수 없어 성능이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 원판 형상의 방열판(6)은 열변형을 일으켜 운전시마다 방열판(6)과 타 부품 사이의 간격(Gap)이 달라지는 문제점이 있다.

더욱이, 방열판(6)을 조립체에 체결시 체결 부품에도 손상이 발생하여 체결 볼트가 파단되는 문제점이 있다.

선행기술문헌 : 대한민국 공개특허공보 제2013-0066252호(2013.6.20.공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 에어 포일 베어링의 냉각효율 저하와 마이크로 가스터빈의 성능 저하를 방지하고, 방열판과 타 부품 사이의 갭을 일정하게 유지하며, 체결부품 손상 및 파단을 방지할 수 있는 방열부재를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 벨로즈 구조를 갖는 밀폐형 방열부재는 마이크로 가스터빈의 베어링 하우징에 밀착 결합되며 제1 체결공을 구비하는 고리 형상의 제1 체결부; 제1 체결부와 이격되어 마이크로 가스터빈의 노즐링에 밀착 결합되고, 힛 실드 인슐레이션(Heat Shield Insulation)과 힛 실드(Heat Shield)가 삽입되는 홈을 구비하며, 홈 내부에는 중공과 제2 체결공을 구비하는 원판 형상의 제2 체결부가 구비되는 힛 실드 백 플레이트(Heat Shield Back Plate); 및 제1 체결부와 힛 실드 백 플레이트 사이에 구비되며 제1 체결부와 힛 실드 백 플레이트 사이에 탄성력과 복원력을 제공하는 복수개의 벨로즈를 포함하며, 마이크로 가스터빈의 베어링 하우징과 노즐링에 조립시 압축되도록 베어링 하우징과 노즐링 사이의 간격보다 긴 길이를 갖는다.

또한, 본 발명은 제1 체결부와 일측 벨로즈를 연결하며 외주면에 복수개의 냉각공기 유동홀이 형성된 제1 원통부; 및 제2 체결부와 타측 벨로즈를 연결하고, 외주면에 복수개의 냉각공기 유동홀이 형성되며, 제1 원통부보다 작은 직경을 갖는 제2 원통부를 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면 마이크로 가스터빈의 베어링 하우징과 노즐링 사이에 복수개의 벨로즈를 구비하는 방열부재를 삽입하되, 베어링 하우징과 노즐링에 조립시 원래 길이보다 압축되도록 베어링 하우징과 노즐링 사이의 간격보다 긴 길이를 갖도록 함으로써, 마이크로 가스터빈에 조립시 밀폐구조를 가져야 하는 구조물에 대한 들뜸이 방지되고 구동시 연소열로 인해 열팽창되어 더욱 밀착력이 향상되므로 에어 포일 베어링의 냉각효율이 저하를 방지하고 터빈의 고온부가 연소열의 손실이 없는 온도를 유지하도록 하여 성능 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 원통부에 복수개의 냉각공기 유동홀을 형성하여 에어포일 베어링으로의 냉각공기 유동에 방해가 되지 않도록 하고, 장기간 사용시에도 벨로즈에 의한 텐션이 유지되므로 주변 부품에 대하여 항상 일정한 간격(Gap)을 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 체결 볼트에 가해지는 부하를 경감시켜 체결 볼트의 손상 또는 파단을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 마이크로 가스터빈의 일부 단면도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벨로즈 구조를 갖는 밀폐형 방열부재가 적용된 마이크로 가스터빈의 일부 단면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벨로즈 구조를 갖는 밀폐형 방열부재의 사시도,
도 4는 도 3의 정면도,
도 5는 도 3의 좌측면도,
도 6은 도 3의 우측면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벨로즈 구조를 갖는 밀폐형 방열부재가 적용된 마이크로 가스터빈의 일부 단면도이다. 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벨로즈 구조를 갖는 밀폐형 방열부재의 사시도이고, 도 4는 도 3의 정면도이며, 도 5는 도 3의 좌측면도이고, 도 6은 도 3의 우측면도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벨로즈 구조를 갖는 밀폐형 방열부재(100)는 마이크로 가스터빈의 베어링 하우징과 노즐링에 조립시 압축되도록 베어링 하우징과 노즐링 사이의 간격보다 긴 길이를 갖도록 형성된다. 일례로, 본 발명의 밀폐형 방열부재(100)는 베어링 하우징과 노즐링 사이의 간격보다 대략 2% 길게 형성될 수 있으며, 구체적으로 압축 3mm, 인장 3mm로 설계하여 전체적으로 6mm를 커버할 수 있도록 설계할 수 있다. 다만, 여기서 밀폐형 방열부재의 길이를 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벨로즈 구조를 갖는 밀폐형 방열부재(100)는, 도 2 내지 도 6을 참조하면, 제1 체결부(102), 제1 체결공(104), 힛 실드 백 플레이트(Heat Shield Back Plate)(106), 홈(108), 제2 체결부(110), 중공(112), 제2 체결공(114), 벨로즈(Bellows)(116), 제1 원통부(118), 제2 원통부(122), 및 냉각공기 유동홀(120, 124)을 포함하여 이루어진다.

제1 체결부(102)는 밀폐형 방열부재(100)의 일측 단부에 구비되어 마이크로 가스터빈의 베어링 하우징(2)에 밀착 결합되며 고리 형상으로 형성된다. 제1 체결부(102)에는 베어링 하우징(2)에 결합하기 위한 복수개의 제1 체결공(104)이 구비된다.

힛 실드 백 플레이트(106)는 밀폐형 방열부재(100)의 타측 단부에 구비되며, 제1 체결부(102)와 이격되어 마이크로 가스터빈의 노즐링(4)에 밀착 결합된다. 힛 실드 백 플레이트(106)에는 힛 실드 인슐레이션(Heat Shield Insulation)(14)과 힛 실드(Heat Shield)(12)가 삽입되는 홈(108)을 구비한다.

제2 체결부(110)는 홈(108) 내부에 구비되고, 중공(112)과 제2 체결공(114)을 포함하며, 원판 형상으로 형성된다. 제2 체결부(110)는 힛 실드 인슐레이션(Heat Shield Insulation)(14)과 힛 실드(Heat Shield)(12)에 밀착된다.

벨로즈(116)는 제1 체결부(102)와 힛 실드 백 플레이트(106) 사이에 구비되어 제1 체결부(102)와 힛 실드 백 플레이트(106) 사이에 압축력과 인장력을 제공한다. 벨로즈(116)는 복수개 구비되어 탄성력과 복원력을 조절할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

제1 원통부(118)는 제1 체결부(102)와 일측 벨로즈(도 4 기준으로 좌측의 벨로즈)를 연결한다. 제1 원통부(118)의 외주면에는 복수개의 냉각공기 유동홀(120)이 형성될 수 있다. 냉각공기 유동홀(120)은 밀폐형 방열부재(100)가 에어포일 베어링(10)으로의 냉각공기 유동에 방해가 되지 않도록 냉각공기의 유동 경로를 제공한다.

제2 원통부(122)는 제2 체결부(110)와 타측 벨로즈(도 4 기준으로 우측의 벨로즈)를 연결한다. 제2 원통부(122)의 외주면에도 복수개의 냉각공기 유동홀(124)이 형성되어 충분한 냉각공기 유동 경로를 제공하는 것이 바람직하다.

제2 원통부(122)는 제1 원통부(118)보다 작은 직경을 갖는 것이 바람직하다. 그 이유는 압축 텐션에 의해 힘의 방향이 안으로 모여지는 구조로 설계하였기 때문이다.

이와 같이 함으로써, 마이크로 가스터빈에 조립시 밀폐구조를 가져야 하는 구조물에 대한 들뜸이 방지되고 구동시 연소열로 인해 열팽창되어 더욱 밀착력이 향상되므로 에어 포일 베어링의 냉각효율이 저하를 방지하고 터빈의 고온부가 연소열의 손실이 없는 온도를 유지하도록 하여 성능 저하를 방지할 수 있다.

또한, 원통부에 복수개의 냉각공기 유동홀을 형성하여 에어포일 베어링으로의 냉각공기 유동에 방해가 되지 않도록 하고, 장기간 사용시에도 벨로즈에 의한 텐션이 유지되므로 주변 부품에 대하여 항상 일정한 간격(Gap)을 유지할 수 있다.

또한, 체결 볼트에 가해지는 부하를 경감시켜 체결 볼트의 손상 또는 파단을 방지할 수 있다.

이상에서는 본 발명이 마이크로 가스터빈에 적용된 것을 예로 들어 설명하였으나, 마이크로 가스터빈 이외의 다른 기계기구장치의 차단막의 변형을 방지하고 차단 성능을 향상시키기 위해서도 사용될 수 있음을 밝혀둔다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

102 - 제1 체결부
104 - 제1 체결공
106 - 힛 실드 백 플레이트
108 - 홈
110 - 제2 체결부
112 - 중공
114 - 제2 체결공
116 - 벨로즈
118 - 제1 원통부
122 - 제2 원통부
120, 124 - 냉각공기 유동홀

Claims (2)

1. 마이크로 가스터빈의 베어링 하우징에 밀착 결합되며 제1 체결공을 구비하는 고리 형상의 제1 체결부;
   제1 체결부와 이격되어 마이크로 가스터빈의 노즐링에 밀착 결합되고, 힛 실드 인슐레이션(Heat Shield Insulation)과 힛 실드(Heat Shield)가 삽입되는 홈을 구비하며, 홈 내부에는 중공과 제2 체결공을 구비하는 원판 형상의 제2 체결부가 구비되는 힛 실드 백 플레이트(Heat Shield Back Plate); 및
   제1 체결부와 힛 실드 백 플레이트 사이에 구비되며 제1 체결부와 힛 실드 백 플레이트 사이에 탄성력과 복원력을 제공하는 복수개의 벨로즈
   를 포함하며,
   마이크로 가스터빈의 베어링 하우징과 노즐링에 조립시 압축되도록 베어링 하우징과 노즐링 사이의 간격보다 긴 길이를 갖는, 벨로즈 구조를 갖는 밀폐형 방열부재.
2. 제1항에 있어서,
   제1 체결부와 일측 벨로즈를 연결하며 외주면에 복수개의 냉각공기 유동홀이 형성된 제1 원통부; 및
   제2 체결부와 타측 벨로즈를 연결하고, 외주면에 복수개의 냉각공기 유동홀이 형성되며, 제1 원통부보다 작은 직경을 갖는 제2 원통부
   를 포함하는, 벨로즈 구조를 갖는 밀폐형 방열부재.

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