KR101584159B1 - 터보기계용 수동형 동적 관성 로터 밸런스 시스템 - Google Patents

터보기계용 수동형 동적 관성 로터 밸런스 시스템 Download PDF

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로날드 존 요세프치크
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엘리오트 컴퍼니
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/32—Correcting- or balancing-weights or equivalent means for balancing rotating bodies, e.g. vehicle wheels
    • F16F15/36—Correcting- or balancing-weights or equivalent means for balancing rotating bodies, e.g. vehicle wheels operating automatically, i.e. where, for a given amount of unbalance, there is movement of masses until balance is achieved
    • F16F15/363—Correcting- or balancing-weights or equivalent means for balancing rotating bodies, e.g. vehicle wheels operating automatically, i.e. where, for a given amount of unbalance, there is movement of masses until balance is achieved using rolling bodies, e.g. balls free to move in a circumferential direction

Abstract

수동형 동적 관성 로터 밸런스 시스템은, 예측된 최대 샤프트 모드 편향의 위치들에서 로터 샤프트 상에 피팅되는 복수의 밸런싱 부재들을 포함한다. 상기 밸런싱 부재들 각각은 하나 이상의 챔버를 포함하고 상기 하나 이상의 챔버 내부에는 복수의 이동가능한 웨이트 및 점성 유체가 위치된다. 상기 샤프트가 언밸런스 포인트 쪽으로 가속됨에 따라 상기 웨이트들은 상기 언밸런스 포인트들과 반대인 위치로 상기 하나 이상의 챔버 내에서 이동한다. 상기 점성 유체는 상기 챔버 내부의 고도한 움직임을 방지하고 윤활기능을 제공하는 상기 이동가능한 웨이트를 위한 댐핑을 제공한다. 터보기계 로터의 언밸런스를 상기 로터의 회전 시 자가 보정하는 시스템과 터보기계 내의 로터를 밸런싱하는 방법이 또한 제공된다.

Description

터보기계용 수동형 동적 관성 로터 밸런스 시스템{PASSIVE DYNAMIC INERTIAL ROTOR BALANCE SYSTEM FOR TURBOMACHINERY}
본 발명은 일반적으로 터보기계(turbomachinery)에서 사용되는 로터 와 같은 로터용 밸런싱 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 로터가 동작하는 동안 언밸런스를 수동적으로 자동 보정하고(passively self corrects for unbalance) 이를 통해 언밸런스 및 진동 문제들을 감소시키거나 제거하는 로터용 동적 밸런스(dynamic balance) 시스템에 관한 것이다.
현재까지 다양한 밸런싱 시스템들이 회전체의 밸런싱을 위해 사용되어 왔다. 그 중 하나로서 세미 트럭휠(semi-truck wheel)과 함께 사용되는 밸런싱 시스템은 대형 타이어 내부에 과립상의 분말체(granular powder)의 주입(placement)을 포함하여 움직임(movement)에 대한 관성 저항(inertial resistance)에 의한 밸런싱을 제공한다.
또 회전체에 대한 다른 타입의 밸런싱 시스템은 내연기관 크랭크축(internal combustion engine crankshaft)용 유체댐퍼(fluid damper)를 포함한다. 이러한 시스템은 점성의 유체로 충진된 폐쇄된 고리(closed ring)에 서스펜딩된(suspended) 고밀도 고무처리된 고리(dense rubberized ring)로 이루어진 크랭크축 진동 댐퍼를 포함한다. 상기 댐퍼는 크랭크축의 일단에 부착되어 연소 및 회전 언밸런스에 의한 축 진동 원인을 최소화시킨다. 회전체의 수동형 자동 밸런싱(passive dynamic balancing) 시스템 및 방법에 대한 다양한 예시가, 예를 들어 린(Linn) 에게 허여된 미국특허번호 제 1,776,125호; 대리우스(Darrieus)에게 허여된 미국특허번호 제 2,659,243호; 닐슨(Nielsen)에게 허여된 미국특허번호 제 2,771,240호; 타이(Tai)에게 허여된 미국특허번호 제 5,593,281 호; 닐슨 등(Nielsen et al.)에게 허여된 미국공개특허번호 US 2010/0021303에 개시된다.
일반적으로 터보기계에 사용되는 것과 같은 로터의 밸런싱을 위해 현재 실시되고 있는 기술은, 저속 밸런스, 고속 밸런스 또는 이 둘 모두를 판단하기 위한 데스트를 수행하는 단계, 및 그라인딩, 드릴링, 머시닝, 밸런스 링에 의해, 밸런스링(balance ring)이나 스레디드 웨이트(threaded weight)에 밸런스 웨이트(balance weight)를 더하는 것에 의해 또는 블레이트 및 임펠러와 같은 빌트업 구성요소(built up component)의 재정렬(rewequencing)에 의해 특정 위치에서 질량(mass)을 증가시키거나 제거하는 과정을 포함한다.
이러한 방법 및 시스템들은 시간과 비용을 많이 필요로 하며, 일관성 없는 결과를 도출하기도 한다. 또한, 시간이 지남에 따라 시스템이 언밸런스 상태가 되거나, 파울링(fouling), 디포지션(deposition), 부식 또는 외부 물체 파손에 기인하여 언밸런스 상태가 초래 되기도 한다. 그리고, 비록 이에 제한되지는 않으나 오일 필름 스티프니스(stiffness), 페데스털 스티프니스(pedestal stiffness) 및 파운데이션 스티프니스(foundation stiffness)와 같은 밸런싱 장치 및 기계의 실제 운행 조건들 사이의 시스템 스티프니스에서의 변화가 임계 속도, 진폭 및 모드 형상(mode shape)에서의 변화를 야기할수 있다. 이들 변화는, 앞서 상술한 질량을 증가시키거나 제거하는 종래 방법들에 의해 수행된 밸런스 보정(balance correction)과 불일치하는 극 위치(polar location)에서의 질량 보정의 양을 달리해야 한다는 것을 필요로 할 수 있다. 밸런스를 복원시키기 위한 보정은 일반적으로 로터를 작동중인 기계장비로부터 분리시켜야 하고, 고속 또는 저속 벙커 (high, low speed bunker)에서의 재밸런싱(rebalancing)을 필요로 할 것이다. 따라서, 로터가 작동하는 동안 수동적으로 언밸런싱을 자가 보정하는, 저가(inexpensive)이면서도 일관성 있는(consistent) 로터를 동적으로 밸런싱하는 시스템 및 방법에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명은 로터가 동작하는 동안 언밸런스를 수동적으로 자가 보정하는 로터용 동적 밸런싱(dynamic balance) 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은 내부에 엔클로징된 중공 챔버(enclosed hollow chamber)를 갖는 복수의 고리(ring)링을 포함하고, 이들은 예측된 최대 샤프트 모드 편향(shaft modal deflection)의 위치에서 로터 샤프트상에 피팅(fitting)되며, 각 고리는 점성의 비부식성(non-corrosive) 유체와 함께 중금속 볼 베어링(ball bearing)들을 포함한다.
첫번째 측면에 따르면, 본 발명은 예측된 최대 샤프트 모드 편향의 위치들에서 로터 샤프트상에 피팅된 복수의 밸런싱 부재 들을 포함하는 수동형 동적 관성 로터 밸런스 시스템에 관한 것이다. 각 밸런싱 부재는 하나 이상의 챔버를 가진다. 상기 챔버는 이동 가능한 다수의 웨이트(weight)와 점성유체를 그 안에 가지며, 상기 샤프트가 언밸런스 포인트(unbalance point)로 가속됨에 따라, 상기 웨이트는 언밸런스의 방향으로의 상기 샤프트의 가속에 저항하는 관성력에 기인하여 상기 언벨런스 포인트와는 반대방향의 위치로 상기 웨이트가 상기 챔버내에서 이동한다. 상기 웨이트는 텅스텐합금과 같은 중금속 재료로 형성된 볼베어링을 포함할 수 있으나, 이러한 재료에 한정되지는 아니한다. 상기 점성유체는 석유 내지는 글리콜계 물질과 같은 비부식성(non-corrosive) 유체를 포함할 수 있다. 상기 밸런싱 부재는 상기 로터 샤프트를 중심으로 하는 배치(placement)를 위해 구성된 중앙 개방부(central open portion)을 한정하는 고리일 수 있고, 상기 하나 이상의 챔버는 상기 고리의 벽들에 의해 한정되고 상기 중앙 개방부 주위까지 연장되는 고리 형상의 중공부(annular hollow portion)를 포함할 수 있다. 상기 고리의 상기 중공부의 원주의 절반에 이르기까지, 예측된 언밸런스 응답에 종속하여 상기 볼베어링이 커버링(covering)될 수 있고, 상기 중공부는 점성유체로 전부 채워질 수 있다. 하나의 설계예에 따르면, 상기 복수의 밸런싱 부재는 최소한 3개인 밸런싱 부재일 수 있으며, 이 경우 하나의 밸런싱 부재는 제1 모드 벤딩(mode bending)을 위해 중심부에 위치되고, 다른 두 개의 밸런싱 부재는 제2 모드 벤딩을 위해 대략 1/4 스팬(quarter span)에서 상기 제 1 밸런싱 부재의 양쪽에 위치된다.
측면에 따르면, 본 발명은 터보기계 로터가 회전하는 동안 상기 로터의 언밸런스를 자가 보정하는 시스템에 관한 것인데, 상기 시스템은 상기 로터의 샤프트를 따라 미리 결정된 위치들에 장착된 적어도 3개의 고리들을 포함하며, 각 고리는 엔클로징된 챔버를 포함한다. 복수의 이동 가능한 웨이트가 각 고리의 상기 챔버 내부에 위치되며 유체가 상기 이동가능한 웨이트들을 둘러싸도록 각 링의 상기 챔버 내부에 위치된다. 회전하는 동안 언밸런스가 존재할 때, 상기 챔버 내부에 위치된 웨이트는 상기 언밸런스의 상기 위치들로부터 반대인 방향으로 이동한다. 일 실시례에 따르면, 상기 이동가능한 웨이트는 볼 베어링을 포함할 수 있고 상기 유체는 상기 이동가능한 웨이트들의 과도한 움직임을 방지하는 댐핑을 제공할 수 있고 상기 베어링들에 윤활기능을 제공하는 점성의 재료를 포함할 수 있다. 상기 고리들은 상기 로터의 상기 샤프트를 따라 예측된 최대 모드 편향의 위치들에 위치된다. 하나의 설계예에 따르면, 제 1 고리는 제 1 모드 벤딩을 위해 중앙부 가까이에 위치될 수 있고, 제 2 고리는 상기 제 1 고리의 일측에 위치될 수 있고 제 3 고리는 상기 제 1 고리의 반대쪽에 위치될 수 있다. 상기 제 2 고리 및 제 3 고리는 제2 모드 벤딩을 위하여 대략 1/4 스팬에 위치될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 터보기계의 로터와 같은 로터를 밸런싱하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 복수의 고리를 제공하는 단계를 포함하는데, 상기 고리 각각은 중공의 챔버를 포함하고, 상기 중공의 챔버는 이동 가능한 웨이트 및 점성 유체 재료(viscous fluid material)를 포함한다. 상기 방법은, 예측된 최대 샤프트 모드 편향의 위치들에서 상기 샤프트의 종축방향 길이(longitudinal length)를 따라 미리 결정된 위치들에 위치되도록 상기 고리들을 상기 로터의 샤프트를 따라 위치시키는 단계를 더 포함한다. 상기 샤프트가 언밸런스 포인트쪽으로 반경방향으로 가속됨에 따라, 상기 웨이트는, 상기 언밸런스 포인트로부터 대략 180° 떨어진 위치와 같이 상기 언밸런스 포인트와는 반대 방향으로 상기 중공의 고리 내에서 이동된다. 일 실시례에 따르면, 최소 하나의 고리가 제1 모드 벤딩을 위해 상기 샤프트의 종축방향 중심(longitudinal center) 근처에 위치되고, 부가적인 고리들이 제2 모드 벤딩을 위한 위치들에 위치된다. 상기 웨이트는 예를 들어 중금속을 재료로 한 볼 베어링을 포함할 수 있고, 상기 유체는 상기 베어링의 과도한 이동을 방지하기 위한 댐핑을 제공할 수 있고 상기 볼 베어링에 윤활기능을 제공할 수 있는,예들 들어 비부식성(non-corrosive) 점성재료와 같은 재료를 포함할 수 있다.
본 발명의 상술한 특징들 및 다른 특징들, 그리고 관련 부품의 구조 및 이들의 결합의 동작 방법 및 기능 및 제조의 경제성은, 다양한 도면에서 유사한 도면부호가 대응하는 부분들을 지정하는, 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부된 도면들을 참조로 하기의 기재내용을 고려할 때 보다 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 밸런스 부재를 포함하는 샤프트의 사시도이다.
도 2A는 언밸런싱 시 상기 샤프트가 경험하게 되는 제 1 임계 벤딩 모드 최대 편향(critical bending mode maximum deflection)의 개략도이다.
도 2B는 언밸런싱 시 상기 샤프트가 경험하게 되는 제 2 임계 벤딩 모드 최대 편향의 개략도이다.
도 2C는 로터 샤프트의 측면도이고 예측된 로터 동적 벤딩모드(bending mode)의 예시를 나타낸다
도 3A는 본 발명에 따른 밸런스 고리의 개략적 단면도이며, 밸런스 웨이트들이 밸런싱된 또는 초기위치(balanced or resting position)에 위치하고 있다.
도 3B는 본 발명에 따른 밸런스 고리의 개략적 단면도이며, 밸런스 웨이트들이 언밸런스 포인트에 반대로 작용하도록(counteract) 움직이고 있다.
이하의 설명을 위하여 용어 "위", "아래", "우측", "좌측", "수직", “수평”, "꼭대기(top)", "바닥", "횡방향(lateral)", "종방향(longitudinal)" 및 기타 이와 유사하게 위치를 나타내는 파생어들은 도면 내에서의 방향을 기준으로 사용된다. 하지만, 본 발명은 명백하게 그 반대의 경우를 특정하는 경우를 제외하고 여러 형태의 변형된 응용이 가능함은 자명하다. 또한, 첨부된 도면들에 명시되고 본 명세서에 기재된 특정 장치들은 본 발명의 단순한 예시적인 실시례에 해당하는 것도 자명하다. 따라서, 본 명세서에 기재된 특정 물성이나 치수는 제한 사항으로 고려되어서는 아니된다.
본 발명의 밸런스 부재(12)를 포함하는 로터 샤프트(10)의 측면 사시도를 도시하는 도 1을 참조한다. 상기 밸런스 부재(12)는 상기 로터 샤프트(10)를 중심으로 하는 배치를 위해 구성된 중앙 개방부(14)를 한정하는 고리 형상으로 구성될 수 있다. 상기 밸런스 부재(12)는 터보기계 및 이와 유사한 기계류를 포함하는 여러 형태의 기계류에 사용되는 임의의 형태의 회전 샤프트 상에 위치될 수 있음은 자명하다. 상기 밸런싱 부재(12)들은 예측된 최대 샤프트 모드 편향(predicted maximum shaft modal deflection)의 위치들에서 상기 로터 샤프트(10) 상에 피팅(fitting)된다.
이제 도 2A를 참조하면, 상기 샤프트가 언밸런스 시 경험하게 될, 도면부호 16에 의해 일반적으로 도시된 바와 같은, 제 1 임계 벤딩 모드 최대 편향의 개략도가 도시된다.. 도 2B는 상기 샤프트가 언밸런스 시 경험하게 될, 도면부호 18에 의해 일반적으로 도시된 바와 같은, 제 2 임계 벤딩 모드 최대 편향의 개략도가 도시한다. 도 2C는 회전축(10)의 상기 로터 샤프트(10) 및 각각 도 2A 및 도 2C의 예측된 로터 동적(rotordynamic) 제 1 임계 벤딩 모드(16) 및 제 2 임계 벤딩 모드(18)의 예시에 대한 개략적인 측면도이다. 밸런싱 부재(12)들은 예측된 최대 샤프트 모드 편향의 위치들에 위치된다. 예를 들면, 도 2A 와 도 2B 에 도시한 바와 같이 복수의 밸런싱 부재(12)는 최소 세 개의 밸런싱 부재일 수 있는데, 이 경우 제 1 밸런싱 부재(20)는 제 1 모드 벤딩(16)에 대한 최대 편향의 위치에서 중앙부 근방에 위치할 수 있다. 제 2 모드 벤딩(18)은 제 2 모드 벤딩(18)에 대한 대략적으로 1/4 스팬(quarter span)들에서 상기 제 1 모드 벤딩 위치(22)와는 반대측들에 2개의 최대 편향의 두 위치(30, 32)들을 생성한다.
제 2 밸런싱 부재(34) 및 제 3 밸런싱 부재(36)은 상기 제 2 모드 벤딩(18)에 대한 상기 최대 편향의 위치들(30, 32)에서 상기 제 1 밸런싱 부재(20)의 양 측면에 위치될 수 있다.
도 2C 는 샤프트(10) 및 네 개의 임펠러(impeller)(60)를 가지는 전형적인 원심 압축기 로터(centrifugal compressor rotor)에 대한 로터동역학적 횡방향 해석결과를 보여준다. 상기 횡방향 해석결과를 통하여 모드 형태(mode shape), 임계속도(critical speed), 그리고 각 모드 형태에 대한 최대 편향 진폭(maximum deflection amplitude)을 예측할 수 있다. 밸런싱 장치(balancing device, 12)들은 제 1 벤딩모드(16)에 대한 예측된 최대 편향의 위치(64)들 및 제 2 벤딩 모드에 대한 예측된 최대 편향의 위치(62)들에 놓일 수 있다. 로터 샤프트(10)의 길이 및 예측된 벤딩 모드의 수에 따라 로터 샤프트(10)의 종방향 길이(longitudinal length)를 따라 배치될 수 있는 밸런싱 부재의 개수는 여러가지로 변경 가능함은 자명하다.
이하 도 3A 및 도 3B를 참조하면, 최소한 하나의 챔버(40)를 포함하는 밸런싱 부재(12)를 도시하고 있다. 상기 밸런싱 부재(12)는 상기 로터 샤프트(10)를 중심으로 하는 배치를 위해 구성된 중앙 개방부(14)를 한정하는 고리일 수 있다. 상기 하나 이상의 챔버(40)는 중앙 개방부(14)를 중심으로 연장되고 상기 고리의 내부벽(41a) 및 외부벽(41b)에 의해 한정되는 환형의 중공부(annular hollow portion)를 포함할 수 있다. 상기 챔버(40)는 그 내부에 복수의 이동 가능한 웨이트(42)와 점성 유체(44)를 포함한다. 도 3B 의 화살표 55가 도시하는 바와 같이, 회전하는 동안 그리고 도 3B의 화살표 48이 도시하는 바와 같이 상기 로터 샤프트(10)가 언밸런스 포인트(46) 쪽으로 가속함에 따라, 상기 웨이트(42)들은 상기 언밸런스 포인트(46)로부터 반대인 위치(52) 쪽으로, 화살표 50으로 도시한 바와 같은 어느 한 방향으로 상기 챔버(40) 내에서 이동하게 된다. 이 위치는 상기 언밸런스 포인트(46)로부터 대략 180° 방향에 해당할 수 있다. 상기 웨이트(42)들은 텅스텐 합금과 같은 중금속 재료로 형성된 볼 베어링들을 포함할 수 있다. 상기 점성 유체(44)는 석유 내지는 글리콜계 물질과 같은 비부식성(non-corrosive) 유체 재료를 포함할 수 있다. 상기 환형의 중공부의 원주 또는 고리(12)의 밸런싱 부재의 상기 챔버(40)의 원주(54)의 1/4 까지 상기 볼 베어링(42)으로 커버링(covering)될 수 있다. 상기 환형의 중공부 또는 챔버(40)는 점성 유체로 완전히 충진(fill)된다.
본 발명은 뉴턴의 법칙과 기본적인 관성의 법칙에 기반을 두고 있다. 로터 샤프트의 언밸런스는 상기 언밸런스의 방향으로 반경 방향 바깥쪽으로 가속시키는 힘을 야기한다. 볼 베어링의 관성은 볼 베어링이 정지하고 있는 상태를 유지하려는 성질을 가지게 하고, 따라서 상기 샤프트가 언밸런스 쪽으로 가속됨에 따라, 상기 볼 베어링은 상기 언밸런스 포인트로부터 180° 반대방향(가속도 백터)으로 이동하면서 무게중심을 회전축과 일치되도록 이동하게 된다. 상기 점성 유체는 상기 베어링의 과도한 이동을 방지하는 상기 베어링에 대한 댐핑 기능과 상기 밸런스 부재의 챔버 내부에서 볼 베어링이 이동함에 따라 상기 베어링에 대한 윤활기능을 제공하는 두 가지 기능을 제공한다. 이론적으로는, 상기 베어링들은 상기 샤프트의 반경 방향 가속도가 없고 따라서 무진동의 결과를 이끄는 위치에서 안정(settle)될 것이다. 만일 로터 샤프트의 밸런스가 예를 들어 로터 동역학 벤딩(bending), 파울링(fouling) 등에 의하여 변경되면, 상기 베어링은 수동으로 동적으로 조정되어 0의 가속도 따라서 언밸런스가 없는 상태로 상기 시스템을 되돌리게 한다.
도 2A 및 도 2B를 다시 참조하면, 터보기계 내의 로터와 같은 로터를 밸런싱하는 방법은 제 1 임계 벤딩 모드(16) 및 제 2 임계 벤딩 모드(18)에 따른 예측된 최대 샤프트 모드 편향(predicted maximum shaft modal deflection)의 위치들을 결정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 고리 형태와 같은 복수의 밸런싱 부재(12)를 제공하는 단계를 포함한다. 도 3A 및 3B과 관련하여 상술한 바와 같이, 각 고리(12)는 중공 챔버(hollow chamber)(40)를 포함하고 상기 중공 챔버(40)는 이동가능한 웨이트(42)들 및 점성 유체(44)를 포함한다. 상기 방법은, 샤프트가 언밸런스 포인트(46) 쪽으로 가속됨에 따라 화살표 50으로 도시된 바와 같이 언밸런스 포인트(46)로부터 180° 반대방향인 위치(52)와 같은, 언밸런스 포인트(46)에 대향하는 방향으로 상기 중공의 고리(12)내에서 상기 웨이트들이 이동되도록 예측된 최대 샤프트 모드 편향의 위치들에서 상기 샤프트의 종축방향 길이를 따라 미리 정해진 위치들에 상기 고리들(12)이 위치되도록 상기 로터의 상기 샤프트(10)를 따라 상기 고리들을 위치시키는 단계를 더포함한다. 상술한 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 최소한 제 1 밸런싱 부재 내지 고리(20)는 제 1 모드 벤딩에 대한 상기 샤프트(10)의 종축방향 중심(22) 근처에 위치되고, 제 2 밸런싱 부재 내지 링(34) 및 제 3 밸런싱 부재 내지 링(36)과 같은 부가적인 밸런싱 부재들 내지 고리들은 제 2 모드 벤딩에 대한 위치들(30, 32)에 위치된다.
도 3A 및 3B를 다시 참조하면, 상기 이동가능한 웨이트(42)들은 중금속 재료로 형성되는 바와 같은 볼 베어링을 포함할 수 있고, 상기 유체(44)의 재료는 석유 내지는 글리콜계 물질의 비부식성(non-corrosive) 점성 재료를 포함할 수 있다. 상기점성 재료는 볼 베어링의 과도한 이동을 방지하고 볼베어링에 대한 윤활기능을 제공하는 베어링을 위한 댐핑 기능을 제공할 수 있다면, 알려진 어떤 종류의 비부식성 재료이던지 사용 가능하다.
이상에서 본 발명은 현재 가장 실제적이고 바람직한 실시예들로 간주되는 것을 기본으로 하여 설명의 목적으로 자세히 기재되었으나, 본 발명의 상세한 설명은 이러한 목적 내에서만 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 공개된 실시 예에 한정되지 아니하고, 본 발명의 기본적인 사상 및 영역에 벗어나지 아니하는 범위 내에서는 본 명세서에서 설명한 내용에 대한 변형이나 균등한 구성 등은 모두 본 발명이 의도하는 범위 내에 포함되는 것임은 명백하다. 예를 들어, 본 발명은 가능한 범위 내에서 하나 내지 그 이상의 실시 예가 상호 결합되어질 수 있음이 고려되었다는 것은 명백하다.

Claims (18)

  1. 예측된 최대 샤프트 모드 편향의 위치들에서 로터 샤프트상에 피팅(fitting)된 3개 이상의 밸런싱 부재들을 포함하되, 상기 밸런싱 부재들 각각은 하나 이상의 챔버를 포함하고, 상기 밸런싱 부재들 각각의 상기 하나 이상의 챔버는:
    복수의 이동가능한 웨이트; 및
    내부에 위치된 점성 유체를 포함하되, 상기 샤프트가 언밸런스 포인트 쪽으로 가속됨에 따라, 상기 웨이트들은 상기 하나 이상의 챔버 내부에서 상기 언밸런스 포인트로부터 대향하는 위치로 이동되고,
    상기 밸런스 부재들 중 하나 이상은 제 1 모드 벤딩을 위해 중앙부 근처에 위치되고 상기 밸런스 부재들 중 두개 이상은 제 2 모드 벤딩을 위해 1/4 스팬(span)들에 위치되는 것을 특징으로 하는 수동형 동적 관성 로터 밸런스 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 웨이트들은 중금속 재료로 형성된 볼 베어링들을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 중금속 재료는 텅스텐 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 점성유체는 비부식성(non-corrosive) 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 점성유체는 석유 또는 글리콜계 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 밸런싱 부재는 상기 로터 샤프트를 중심으로 하는 배치를 위해 구성된 중앙 개방부를 한정하는 고리이고 상기 하나 이상의 챔버는 상기 고리의 벽들에 의해 한정되고 상기 중앙 개방부를 중심으로 하여 연장되는 환형의 중공부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 고리의 상기 중공부의 원주의 1/2까지 볼베어링으로 커버링되고, 상기 중공부는 상기 점성 유체에 의해 완전히 충진되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 터보기계 로터의 언밸런싱을 상기 로터의 회전 동안 자가 보정하는 시스템에 있어서, 상기 시스템은:
    상기 로터의 샤프트를 따라 미리 결정된 위치들에 장착되는 3개 이상의 고리를 포함하되 상기 고리들 각각은 엔클로징된 챔버를 포함하고;
    상기 고리들 각각의 챔버 내부에 위치된 복수의 이동가능한 웨이트; 및
    상기 고리들 각각의 상기 챔버 내에 위치되고 상기 이동가능한 웨이트들을 둘러싸는 점성 유체를 포함하되, 회전 동안 언밸런스의 존재 시 상기 챔버들 내부에 위치된 상기 웨이트들은 상기 언밸런스의 위치로부터 대향하는 방향으로 이동하며,
    제 1 고리는 제 1 모드 벤딩을 위한 중앙부 근처에 위치되고, 제 2 고리는 상기 제 1 고리의 일측에 위치되고, 제 3 고리는 상기 제 1 고리의 반대측에 위치되고, 상기 제 2 및 제 3 고리는 제 2 모드 벤딩을 위해 1/4 스팬들에 위치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 이동가능한 웨이트들은 볼 베어링들을 포함하고 상기 점성 유체는 과도한 움직임을 방지하고 윤활기능을 제공하는 상기 이동가능한 웨이트들에 대한 댐핑을 제공할 수 있는 점성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 고리들은, 예측된 최대 샤프트 모드 편향의 위치들에서 상기 로터의 상기 샤프트를 따라 위치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 삭제
  14. 터보기계 내의 로터를 밸런싱하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
    복수의 고리를 제공하는 단계를 포함하되, 상기 고리들 각각은 중공 챔버를 포함하고, 상기 중공 챔버는 이동가능한 웨이트들과 점성 유체 재료를 포함하고;그리고
    상기 고리들을 상기 로터의 상기 샤프트를 따라 위치시키는 단계를 포함하되, 상기 고리들은, 언밸런스 포인트 쪽으로 상기 샤프트가 가속됨에 따라 상기 웨이트들이 상기 언밸런스 포인트에 반대인 방향으로 상기 중공의 고리들 내에서 움직이도록, 예측된 최대 샤프트 모드 편향의 위치들에서 상기 샤프트의 종축방향 길이를 따라 미리 결정된 위치들에 위치되고,
    하나 이상의 고리가 제 1 모드 벤딩을 위해 상기 샤프트의 종축방향 중심 근처에 위치되고 부가적인 고리들이 제 2 모드 벤딩을 위한 위치들에 위치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 삭제
  16. 제 14항에 있어서, 상기 웨이트들은 볼 베어링들을 포함하고 상기 유체 재료는 상기 베어링들의 과도한 움직임을 방지하고 상기 볼 베어링들을 위한 윤활기능을 제공하는 상기 베어링을 위한 댐핑을 제공할 수 있는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 볼 베어링은 중금속 소재로 형성되고 상기 유체 재료는 비부식성 점성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 14항에 있어서, 상기 이동가능한 웨이트들은 상기 언밸런스 포인트로부터 180°로 멀어지는 위치로 이동하는 것을 특징으로 하는 방법.
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