KR101690420B1 - 혼합베어링 장치 및 그 구동방법 - Google Patents

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최범석
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박준영
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서정민
방제성
최원철
오인균
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Abstract

본 발명은 혼합베어링 장치 및 그 구동방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 혼합베어링 장치는 회전축에 설치되는 스러스트 칼라의 양측에 설치되는 한 쌍의 제1저널베어링; 상기 한 쌍의 제1저널베어링과 상기 스러스트 칼라의 사이에 각각 설치되며, 상기 회전축 방향으로 유체분사가 가능한 제1분사부와 상기 스러스트 칼라로 유체분사가 가능한 제2분사부가 형성된 한 쌍의 제2저널베어링; 상기 회전축의 회전에 의해 움직이는 방향과 반대방향의 축방향 움직임을 검출하는 변위센서; 및, 상기 센서로부터 검출되는 검출값을 토대로 하여, 상기 한 쌍의 제2저널베어링 중 어느 하나의 제2분사부를 통해 상기 스러스트 칼라로 유체를 분사하여 상기 회전축이 상기 반대방향으로 움직이기 전 위치로 이동하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 스러스트 칼라의 양측에 스러스트 칼라로 유체분사가 가능한 베어링을 설치하고, 회전축의 축방향 움직임에 따라 유체를 분사하여 회전축의 정상상태의 축방향 움직임과 반대방향의 축방향 움직임 발생시, 이를 검출하여 회전축을 정상적인 위치로 이동시킬 수 있어 터빈, 압축기 및 케이싱 등의 손상을 방지할 수 있고, 회전축 구동 중에 저널베어링의 온도가 설정된 기준온도보다 높아지면 분사부가 형성된 저널베어링을 통해 고압의 유체를 분사하여 저널베어링을 냉각시킬 수 있어 수명을 연장시킬 수 있는 베어링장치 및 그 구동방법이 제공된다.

Description

혼합베어링 장치 및 그 구동방법{MIXED BEARING DEVICE AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 혼합베어링 장치 및 그 구동방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전축의 회전에 의한 움직임 방향과 반대방향의 축방향 움직임 발생을 검출하여, 검출된 검출값을 토대로 회전축에 설치되는 스러스트 칼라로 베어링을 통해 유체를 분사하여 회전축을 정상적인 위치로 위치하도록 할 수 있는 혼합베어링 장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.
일반적으로, 고속 회전하는 가스터빈이나 압축기 등의 회전축(저널축)에는 축하중을 지지하는 다수의 저널베어링과, 저널베어링과 회전축과의 간극을 메우면서 축하중을 지지하는 것을 보조하는 스러스트 칼라(thrust collar) 등이 설치된다.
도 1은 종래 베어링장치의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 압축기(a)와 터빈(b)을 연결하는 회전축(100)에 스러스트 칼라(300)가 설치되고, 스러스트 칼라(300)의 한쪽 방향에는 축하중을 지지하는 저널베어링(200)이 설치된다.
상기 스러스트 칼라(300)는 좌우양측에 스러스트 베어링(300a)이 설치되어 있다.
여기서, 회전축(100)의 축력은, 정상 작동 상태에서는 스러스트 칼라(300)의 양단에서 균일한 축력이 분포하며, 회전축(100)의 회전방향에 따라 한쪽 방향(예를 들어 우측방향)으로만 작용한다.
그러나, 비정상적인 작동상태에서는 스러스트 칼라(300)의 한쪽에 과도한 축력이 발생하여, 정상적인 방향의 반대 방향(예를 들어 좌측방향)으로 작용하는 축력이 발생할 수 있다.
실제로 회전축(100)의 양쪽 방향에서 축 방향 하중을 지지하도록 설계된 베어링(200)에는 약간의 축 방향 간극이 항상 존재하기 때문에, 축력의 방향이 변할 때 회전축(100)의 축 방향 움직임도 역시 존재한다.
이러한 회전축(100)의 움직임 및 한쪽 방향으로 편향된 축력 발생은 의도되지 않은 작동 상태로서, 터빈, 압축기 및 케이싱에 손상을 줄 수 있다.
또한, 종래에는 스러스트 칼라(300)의 한쪽에 과도한 축력이 발생하더라도 스러스트 칼라(의 축 방향을 제어하는 구성이 부재하여, 운전시에 베어링의 온도가 높아지는 문제가 있었다.
본 발명의 과제는 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 스러스트 칼라의 양측에 스러스트 칼라로 유체분사가 가능한 베어링을 설치하고, 회전축의 축방향 움직임에 따라 유체를 분사하여 회전축의 정상상태의 축방향 움직임과 반대방향의 축방향 움직임 발생시, 이를 검출하여 회전축을 정상적인 위치로 이동시킬 수 있는 혼합베어링 장치 및 그 구동방법을 제공함에 있다.
또한, 회전축을 정상적인 위치로 이동시킴으로써 터빈, 압축기 및 케이싱의 손상을 방지할 수 있는 혼합베어링 장치 및 그 구동방법을 제공함에 있다.
또한, 회전축 구동 중에 저널베어링의 온도가 설정된 기준온도보다 높아지면 분사부가 형성된 저널베어링을 통해 고압의 유체를 분사하여 저널베어링을 냉각시킬 수 있는 베어링장치 및 그 구동방법을 제공함에 있다.
상기 과제는, 본 발명에 따라, 회전축에 설치되는 스러스트 칼라의 양측에 설치되는 한 쌍의 제1저널베어링; 상기 한 쌍의 제1저널베어링과 상기 스러스트 칼라의 사이에 각각 설치되며, 상기 회전축 방향으로 유체분사가 가능한 제1분사부와 상기 스러스트 칼라로 유체분사가 가능한 제2분사부가 형성된 한 쌍의 제2저널베어링; 상기 회전축의 회전에 의해 움직이는 방향과 반대방향의 축방향 움직임을 검출하는 변위센서; 및, 상기 센서로부터 검출되는 검출값을 토대로 하여, 상기 한 쌍의 제2저널베어링 중 어느 하나의 제2분사부를 통해 상기 스러스트 칼라로 유체를 분사하여 상기 회전축이 상기 반대방향으로 움직이기 전 위치로 이동하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 혼합베어링 장치에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 상기 제1분사부와 상기 제2분사부는 유로가 서로 연통되지 않도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1저널베어링 및 상기 제2저널베어링은 동압베어링으로 마련되고, 상기 제2저널베어링에는 상기 제1분사부 및 상기 제2분사부가 별도로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1저널베어링은 동압베어링으로 마련되고, 상기 제2저널베어링은 정압베어링으로 마련되며, 상기 제2저널베어링에는 스러스트 칼라로 유체를 분사하는 제2분사부가 별도로 형성될 수 있다.
한편, 상기 혼합베어링 장치를 구동하는 방법은, 회전축에 설치되는 스러스트 칼라의 양측에 각각 설치되는 한 쌍의 제1저널베어링과, 상기 한 쌍의 제1저널베어링과 상기 스러스트 칼라의 사이에 각각 설치되며, 상기 회전축 방향으로 유체분사가 가능한 제1분사부와 상기 스러스트 칼라로 유체분사가 가능한 제2분사부가 형성된 제2저널베어링 및 상기 회전축의 축방향 움직임을 검출하는 변위센서를 포함하는 혼합베어링장치를 준비하고, 상기 회전축을 구동시키는 단계; 상기 센서로부터 상기 회전축의 회전에 의한 축방향 움직임과 반대방향의 축방향 움직임이 발생했음을 검출하는 단계; 및, 상기 센서에서 검출된 검출값을 토대로 하여, 상기 한 쌍의 제2저널베어링 중 어느 하나의 제2분사부를 통해 상기 스러스트 칼라로 유체를 분사하여 상기 회전축을 상기 반대방향으로 움직이기 전의 위치로 이동하도록 제어하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 스러스트 칼라의 양측에 스러스트 칼라로 유체분사가 가능한 베어링을 설치하고, 회전축의 축방향 움직임에 따라 유체를 분사하여 회전축의 정상상태의 축방향 움직임과 반대방향의 축방향 움직임 발생시, 이를 검출하여 회전축을 정상적인 위치로 이동시킬 수 있는 혼합베어링 장치 및 그 구동방법이 제공된다.
또한, 회전축을 정상적인 위치로 이동시킴으로써 터빈, 압축기 및 케이싱의 손상을 방지할 수 있는 혼합베어링 장치 및 그 구동방법이 제공된다.
또한, 회전축 구동 중에 저널베어링의 온도가 설정된 기준온도보다 높아지면 분사부가 형성된 저널베어링을 통해 고압의 유체를 분사하여 저널베어링을 냉각시킬 수 있는 베어링장치 및 그 구동방법이 제공된다.
도 1은 종래 베어링장치의 개략도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 혼합베어링 장치의 개략도,
도 3은 도 2의 부분확대도,
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 혼합베어링 장치의 작동상태도이다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 혼합베어링 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 혼합베어링 장치의 개략도이고, 도 3은 도 2의 부분확대도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 혼합베어링 장치는 제1저널베어링(30), 제2저널베어링(40), 변위센서(50), 온도센서(60) 및 제어부(70)를 포함하여, 압축기(A)와 터빈(B)을 연결하는 회전축(10)에 설치되어 축방향 움직임을 제어하도록 구성된다.
상기 제1저널베어링(30)은 회전축(10)에 설치된 스러스트 칼라(20)의 양측에 각각 설치되고, 상기 제2저널베어링(40)은 각 제1저널베어링(30)과 스러스트 칼라(20)의 사이에 각각 설치된다.
상기 스러스트 칼라(20)는 좌우 양측에 각각 스러스트 베어링(20a)이 각각 구비된 상태로 설치된다.
또한, 도시된 바는 제1저널베어링(30)과 제2저널베어링(40)이 이웃하여 상호 접하도록 설치된 것이 도시되어 있으나, 상호 이격되어 설치될 수도 있다.
상기 제2저널베어링(40) 각각은 외부로부터 공급받은 고압의 유체를 회전축(10) 방향으로 분사가능하도록 일정 유로를 가지는 홀 형상의 제1분사부(41)와 제2분사부(42)가 형성된다.
여기서, 상기 제1분사부(41)는 회전축(10) 방향으로 유체분사가 가능하도록 형성되고, 상기 제2분사부(42)는 스러스트 칼라(20)로 유체분사가 가능하도록 형성된다.
이때, 제1분사부(41)와 제2분사부(42)는 유로가 서로 연통되지 않도록 형성되어 분사되는 유체량이 독립적으로 조절될 수 있다.
또한, 분사되는 유체는 외부로부터 공급되며, 고압의 공기 또는 윤활유 등의 고압의 작용 유체일 수 있다.
한편, 상기 제1저널베어링(30)과 상기 제2저널베어링(40)이 동압베어링으로 마련되는 경우에는, 제2저널베어링(40)에 제1분사부(41)와 제2분사부(42)가 형성된다.
또한, 상기 제1저널베어링(30)이 동압베어링으로 마련되고, 상기 제2저널베어링(40)이 정압베어링인 경우에는, 정압베어링 자체에 회전축(10) 방향으로 유체분사가 가능한 분사부가 구비되어 있으므로 스러스트 칼라(20)로 유체를 분사하는 별도의 제2분사부(42)가 형성된다.
상기 변위센서(50)는 회전축(10)의 움직인 방향 및 움직인 거리 등을 측정하도록 설치된다.
그리고, 상기 온도센서(60)는 제1저널베어링(30) 또는 제2저널베어링(40) 중 적어도 어느 하나의 온도를 측정하도록 설치된다. 바람직하게는 유체 분사가 되지 않는 제1저널베어링(30)의 온도를 측정하도록 설치된다.
상기 제어부(70)는 변위센서(50)로부터 회전축(10)의 회전에 의한 정상적인 축방향 움직임과 반대방향의 움직임이 발생한 것을 검출하면, 변위센서(50)로부터 검출된 검출값을 토대로 하여 스러스트 칼라(20) 좌우에 설치되는 한 쌍의 제2저널베어링(40) 중 어느 하나의 제2분사부(42)를 통해 스러스트 칼라(20)로 유체를 분사하도록 제어한다. 이를 통해, 회전축(10)이 반대방향으로 움직이기 전의 상태로 위치(정상적인 위치)로 이동하도록 할 수 있다.
또한, 상기 제어부(70)는 온도센서(60)에서 측정된 온도가 설정된 기준온도보다 높아지면 제2저널베어링(40)의 제1분사부(41) 또는 제2분사부(42) 중 적어도 어느 하나를 통해 고압의 유체를 분사하도록 하여 해당 저널베어링을 냉각되도록 할 수 있다.
지금부터는 상술한 혼합베어링 장치의 작동상태에 대하여 설명한다. 도 4 및 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 혼합베어링 장치의 작동상태도이다. 도 4를 참조하면,
먼저, 회전축(10)이 구동되면, 회전축(10)은 스러스트 칼라(20), 한 쌍의 제1저널베어링(30) 및 한 쌍의 제2저널베어링(40)에 의해 회전축(10)의 축하중이 지지되면서 회전한다. 이때, 정상적인 회전축(10)의 움직임의 방향은 우측방향이라고 가정한다.
이때, 변위센서(50)로부터 회전축(10)의 정상적인 회전축(10)의 움직임 방향과 반대방향인 좌측방향으로의 움직임이 측정되었다고 가정하면, 제어부(70)는 변위센서(50)로부터 검출된 검출값을 토대로 하여, 스러스트 칼라(20)의 좌측에 위치하는 제2저널베어링(40)의 제2분사부(42)를 통해 유체를 분사하도록 제어한다.
이를 통해, 회전축(10)이 좌측방향으로 움직이기 전 상태의 위치(정상적인 위치)로 이동할 수 있다.
만약, 회전축(10)이 움직인 방향이 우측이라고 가정하면, 상술한 바와 같은 원리로, 스러스트 칼라(20)의 우측에 위치하는 제2저널베어링(40)의 제2분사부(42)를 통해 유체를 분사하면, 회전축(10)이 움직이기 전 상태의 위치로 이동할 수 있다.
상술한 방법을 이용하여, 회전축(10)의 회전에 의한 정상상태 축방향 움직임과 반대방향의 움직임을 검출하여 정상적인 위치로 회전축(10)이 이동하게 됨으로써, 터빈, 압축기, 케이싱의 손상을 방지할 수 있다.
한편, 제1저널베어링 또는 제2저널베어링 중 적어도 어느 하나가 기준온도 보다 높은 온도가 측정되면, 도 5에서와 같이, 제2저널베어링의 제1분사부를 통해 고압의 유체를 분사하도록 하여 해당 저널베어링을 냉각시킬 수 있다.
도시된 바는, 제2저널베어링의 제1분사부를 통해 고압의 유체를 분사하는 것이 도시되어 있으며, 제2저널베어링의 제2분사부를 통해서도 고압의 유체를 분사함으로써 해당 저널베어링의 냉각효과를 도모할 수도 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※
10 : 회전축 20 : 스러스트 칼라
30 : 제1저널베어링 40 : 제2저널베어링
41 : 제1분사부 42 : 제2분사부
50 : 변위센서 60 : 온도센서
70 : 제어부

Claims (7)

  1. 회전축에 설치되는 스러스트 칼라의 양측에 설치되는 한 쌍의 제1저널베어링;
    상기 한 쌍의 제1저널베어링과 상기 스러스트 칼라의 사이에 각각 설치되며, 상기 회전축 방향으로 유체분사가 가능한 제1분사부와 상기 스러스트 칼라로 유체분사가 가능한 제2분사부가 형성된 한 쌍의 제2저널베어링;
    상기 회전축의 회전에 의해 움직이는 방향과 반대방향의 축방향 움직임을 검출하는 변위센서; 및,
    상기 변위센서로부터 검출되는 검출값을 토대로 하여, 상기 한 쌍의 제2저널베어링 중 어느 하나의 제2분사부를 통해 상기 스러스트 칼라로 유체를 분사하여 상기 회전축이 상기 반대방향으로 움직이기 전 위치로 이동하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 혼합베어링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1저널베어링 또는 상기 제2저널베어링 중 적어도 어느 하나의 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 온도센서에서 측정된 온도가 설정된 기준온도보다 높아지면 상기 제2저널베어링의 제1분사부 또는 제2분사부 중 적어도 어느 하나를 통해 고압의 유체를 분사하여 냉각되도록 제어하는 혼합베어링 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1분사부와 상기 제2분사부는 유로가 서로 연통되지 않도록 형성되는 혼합베어링 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1저널베어링 및 상기 제2저널베어링은 동압베어링으로 마련되고, 상기 제2저널베어링에는 상기 제1분사부 및 상기 제2분사부가 별도로 형성되는 혼합베어링 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1저널베어링은 동압베어링으로 마련되고, 상기 제2저널베어링은 정압베어링으로 마련되며, 상기 제2저널베어링에는 스러스트 칼라로 유체를 분사하는 제2분사부가 별도로 형성되는 혼합베어링 장치.
  6. 회전축에 설치되는 스러스트 칼라의 양측에 각각 설치되는 한 쌍의 제1저널베어링과, 상기 한 쌍의 제1저널베어링과 상기 스러스트 칼라의 사이에 각각 설치되며, 상기 회전축 방향으로 유체분사가 가능한 제1분사부와 상기 스러스트 칼라로 유체분사가 가능한 제2분사부가 형성된 제2저널베어링 및 상기 회전축의 축방향 움직임을 검출하는 변위센서를 포함하는 혼합베어링장치를 준비하고, 상기 회전축을 구동시키는 단계;
    상기 변위센서로부터 상기 회전축의 회전에 의한 축방향 움직임과 반대방향의 축방향 움직임이 발생했음을 검출하는 단계; 및,
    상기 변위센서에서 검출된 검출값을 토대로 하여, 상기 한 쌍의 제2저널베어링 중 어느 하나의 제2분사부를 통해 상기 스러스트 칼라로 유체를 분사하여 상기 회전축을 상기 반대방향으로 움직이기 전의 위치로 이동하도록 제어하는 단계;를 포함하는 혼합베어링 장치의 구동방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 회전축의 구동 중에, 상기 제1저널베어링 또는 상기 제2저널베어링 중 적어도 어느 하나의 온도가 설정된 기준온도보다 높아지는 것이 온도센서로부터 검출되면, 상기 제2저널베어링의 제1분사부 또는 제2분사부 중 적어도 어느 하나를 통해 고압의 유체를 분사하여 냉각되도록 제어하는 단계를 더 포함하는 베어링장치의 구동방법.
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