KR101891672B1 - 베어링 패드의 직접 인출이 가능한 슬라이딩 피봇 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 볼트로 결합되는 제1 베어링 하우징과 제2 베어링 하우징을 포함하는 베어링 하우징과, 상기 베어링 하우징의 내주면을 따라 이격되게 설치되는 복수 개의 피봇과, 상기 피봇에 의해 틸팅 가능하게 지지되는 틸팅 패드를 포함하는 틸팅 패드 저널 베어링에 관한 것으로서, 상기 피봇은 상기 베어링 하우징의 반경 방향으로는 고정되되 길이 방향을 따라서는 슬라이딩 이동이 가능하도록 상기 베어링 하우징의 내주면에 결합되는 슬라이딩 피봇인 것을 특징으로 한다.

Description

베어링 패드의 직접 인출이 가능한 슬라이딩 피봇 구조{Sliding pivot structure for bearing pad}

본 발명은 가스 터빈이나 증기 터빈 등의 로터를 지지하는 틸팅 패드 방식의 저널 베어링에 있어서, 베어링 하우징을 분해하지 않고서도 틸팅 패드를 지지하는 피봇을 로터의 축 방향을 따라 직접 인출할 수 있는 슬라이딩 피봇 구조에 관한 것이다.

고온, 고압의 연소가스로 터빈을 회전시키는 가스 터빈이나, 발전소에 주로 설치되어 고온, 고압의 증기를 이용하는 증기 터빈은 전력생산을 위해 로터가 고속으로 회전(3,600rpm, 즉 60㎐)하도록 되어 있다. 따라서, 고속으로 회전하는 로터를 안정적으로 지지하기 위한 베어링이 필수적으로 설치된다.

여기서 가스 터빈이나 증기 터빈(이하, '터빈 기관'이라 함)에 설치된 로터를 보유 지지하는 베어링은 터빈 기관의 로터 하중을 지지하고 안정적인 동 특성(dynamic characteristics)을 유지하기 위해 틸팅 패드 베어링(tilting pad bearing)을 적용하는 것이 일반적이다. 틸팅 패드 베어링은 원주방향의 하중을 지지하기 위한 저널 베어링과, 축 방향 하중을 지지하기 위한 스러스트 베어링의 두 종류가 있으며, 로터의 양단으로 각각 한 쌍씩 설치된다.

도 1은 터빈 기관의 로터(2)를 지지하는 틸팅 패드 저널 베어링(3)과 틸팅 패드 스러스트 베어링(4)의 설치 구조를 보여준다. 도 1은 로터(2)의 한쪽 단부를 도시하고 있는데, 터빈 기관의 주 몸체(미도시)에 대해 직경 방향 내측에서 원주 방향을 따라 스트럿(1, strut)이 복수 개 이격 배치되어 있으며, 이 스트럿(1)에 틸팅 패드 저널 베어링(3)의 하우징(10)이 설치된다.

틸팅 패드 저널 베어링(3)의 구조는 도 2에 도시되어 있는데, 베어링 하우징(10)은 원통을 길이방향을 따라 절반으로 자른 것과 같은 제1 베어링 하우징(11)과 제2 베어링 하우징(12)의 한 쌍으로 이루어져 있으며, 볼트(14)로 결합되는 한 쌍의 베어링 하우징(11, 12) 내부에는 고정 피봇(16)에 의해 지지되되, 지지점을 기준으로 모든 방향으로 일정 각도 안에서 자유롭게 기울어질 수 있는 복수 개의 틸팅 패드(30)가 균등하게 이격 배치된다.

틸팅 패드 저널 베어링(3)은 터빈 기관의 초기 운전시 일정 시간이 지난 후에 점검을 위해 분해될 필요가 있으며, 또한 초기 점검 이후에도 운전시간이 오래 경과하면 정기점검 또는 이상 발생시 교체를 위해 분해될 필요가 있다.

그런데, 종래에는 틸팅 패드 저널 베어링(3)을 분해하기 위해서는 먼저 한 쌍의 베어링 하우징(11, 12)을 결합하고 있는 볼트(14)를 풀어야 하는데, 작업을 할 수 있는 공간이 너무 협소하기 때문에 볼트(14)만 풀어내는 것이 거의 불가능하여 틸팅 패드 저널 베어링(3)을 지지하고 있는 스트럿(1)을 먼저 해체해야 했다.

그러나, 스트럿(1)을 해체하게 되면 틸팅 패드 저널 베어링(3)을 다시 조립하는 시간이 너무 오래 걸리고, 조립 자체가 상당한 정밀도로 이루어져야 하는 것은 물론 조립 상태를 점검하는 등 보수에 소요되는 총 시간이 너무 길어지는 문제가 있었다.

보수 시간이 길어지면 터빈 기관의 유휴기간이 늘어나기 때문에, 터빈 기관의 구매자는 스트럿(1)을 분해하지 않고도 틸팅 패드 저널 베어링(3)을 교체할 수 있도록 할 것을 구매 요구조건으로 제시하는 경우도 많은데, 아직까지는 스트럿(1)의 해체 없이 틸팅 패드 저널 베어링(3)을 교체할 수 있는 기술이 소개된 바 없어 이에 대한 개발이 필요한 실정이다.

한국등록특허 제10-1040719호 (2011.06.10 공고) 한국등록특허 제10-1361687호 (2014.02.13 공고)

본 발명은 스트럿을 분해하지 않고도 틸팅 패드 저널 베어링을 교체할 수 있도록, 베어링 패드의 직접 인출이 가능한 새로운 틸팅 패드 저널 베어링 구조를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명은 볼트로 결합되는 제1 베어링 하우징과 제2 베어링 하우징을 포함하는 베어링 하우징과, 상기 베어링 하우징의 내주면을 따라 이격되게 설치되는 복수 개의 피봇과, 상기 피봇에 의해 틸팅 가능하게 지지되는 틸팅 패드를 포함하는 틸팅 패드 저널 베어링에 관한 것으로서, 상기 피봇은 상기 베어링 하우징의 반경 방향으로는 고정되되 길이 방향을 따라서는 슬라이딩 이동이 가능하도록 상기 베어링 하우징의 내주면에 결합되는 슬라이딩 피봇인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 슬라이딩 피봇은 상기 베어링 하우징의 내주면에 대해 도브 테일 구조로 결합될 수 있다.

그리고, 상기 슬라이딩 피봇의 외측면에는 제1 볼트 홀이 형성될 수 있다.

또한, 상기 슬라이딩 피봇의 외측면에 형성된 제1 볼트 홀에 대응하여 상기 베어링 하우징의 외측면에도 제2 볼트 홀이 형성될 수 있으며, 나아가 상기 슬라이딩 피봇 및 상기 베어링 하우징에 각각 형성된 제1 및 제2 볼트 홀에 대해 볼트로 각각 결합하기 위한 관통공이 형성된 정렬판을 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 슬라이딩 피봇 및 상기 베어링 하우징에 각각 형성된 제1 및 제2 볼트 홀은 상기 베어링 하우징의 중심을 지나는 반경 방향을 따라 배치될 수 있다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 틸팅 패드 저널 베어링은 스트럿을 해체할 필요 없이 베어링 하우징을 설치 상태 그대로 두면서 슬라이딩 피봇을 슬라이딩 방식으로 인출함에 따라 주된 점검의 대상이 되는 틸팅 패드를 손쉽게 분해할 수 있기 때문에 정비 시간이 현격히 줄어든다는 장점을 가진다.

도 1은 터빈 기관의 로터를 지지하는 틸팅 패드 저널 베어링과 틸팅 패드 스러스트 베어링의 설치 구조를 보여주는 도면.
도 2는 종래의 틸팅 패드 저널 베어링의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 틸팅 패드 저널 베어링의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 틸팅 패드 저널 베어링의 다른 실시형태를 도시한 도면.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 개재되어 간접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 틸팅 패드 저널 베어링(3)의 구조를 개략적으로 도시한 도면으로서, 도 2와 비교하며 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명은 볼트(14)로 결합되는 제1 베어링 하우징(11)과 제2 베어링 하우징(12)을 포함하는 베어링 하우징(10)을 구비하고, 또한 베어링 하우징(10)의 내주면을 따라 이격되게 설치되는 복수 개의 피봇 및 상기 피봇에 의해 틸팅 가능하게 지지되는 틸팅 패드(30)를 포함하는 틸팅 패드 저널 베어링(3)에 관한 것이다.

따라서, 본 발명의 틸팅 패드 저널 베어링(3)은 도 2에 도시된 종래의 틸팅 패드 저널 베어링과 기본적인 구조가 매우 유사한데, 이는 본 발명의 틸팅 패드 저널 베어링(3)을 종래의 터빈 기관에 그대로 적용할 수 있도록 하는 동시에 공용할 수 있는 부품을 최대한 확보하여 신규 제작 비용을 줄일 수 있도록 설계변경 사항을 최대한 줄였기 때문이다.

본 발명의 주요한 특징은 피봇을 베어링 하우징(10)에 설치하는 구조에 있다고 할 수 있는데, 도 3과 같이 본 발명은 베어링 하우징(10)의 내주면에 설치되는 피봇을 베어링 하우징(10)의 반경 방향으로는 움직이지 않도록 고정되지만 길이 방향을 따라서는 슬라이딩 이동이 가능한 슬라이딩 피봇(20)으로 구성한 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 틸팅 패드 저널 베어링(3)은 틸팅 패드(30)를 피봇 지지하는 피봇을 종래의 고정 피봇(16)이 아니라 베어링 하우징(10)의 길이 방향을 따라 잡아당기거나 밀어넣을 수 있는 슬라이딩 피봇(20)으로 구성하고 있다.

따라서, 볼트(14)로 결합된 제1 베어링 하우징(11)과 제2 베어링 하우징(12)을 분해할 필요 없이 슬라이딩 피봇(20)을 견인하면 슬라이딩 피봇(20)은 물론 이에 지지되어 있는 틸팅 패드(30)까지 베어링 하우징(10) 밖으로 꺼낼 수 있다. 여러 개의 슬라이딩 피봇(20)을 모두 뽑아내어 모든 틸팅 패드(30)를 점검할 수 있으며, 또한 슬라이딩 피봇(20)과 틸팅 패드(30)가 모두 제거된 베어링 하우징(10) 안에는 충분한 공간이 생기기 때문에 베어링 하우징(10)의 내주면도 쉽게 점검할 수 있다.

틸팅 패드(30)의 점검이 완료되어 문제가 없으면 재사용을 하고, 문제가 있거나 내구 연한에 다다른 틸팅 패드(30)는 신품으로 교체하게 되며, 조립시에는 분해의 역순으로 슬라이딩 피봇(20)에 틸팅 패드(30)를 끼워서 베어링 하우징(10) 안으로 집어넣는 간단한 작업으로 틸팅 패드 저널 베어링(3)의 점검 및 보수가 완료된다.

이와 같이, 본 발명의 틸팅 패드 저널 베어링(3)을 터빈 기관에 적용하면 스트럿(1)을 해체할 필요 없이 베어링 하우징(10)을 설치 상태 그대로 두면서 주된 점검의 대상이 되는 틸팅 패드(30)를 분해할 수 있기 때문에 정비 시간이 현격히 줄어든다.

슬라이딩 피봇(20)을 베어링 하우징(10)의 내주면에 대해 반경 방향으로는 고정되지만 길이 방향을 따라서는 슬라이딩 이동이 가능하도록 결합하는 구조는 다양하게 마련될 있다. 다만, 이러한 결합 구조에는 슬라이딩 피봇(20)이 반경 방향으로는 움직이지 않게 하기 위한 일종의 단턱이 형성되어야 한다.

단턱의 구조는 다각형, 곡선 등 다양하게 만들어질 수 있으며, 그 일례로는 도 3에 도시된 도브 테일(22) 구조를 들 수 있다. 도브 테일(22) 구조는 쉽게 분리되지 않으면서 슬라이딩 방식의 조립과 분해가 가능하고, 외력에 대한 구조적 강도 등이 충분히 입증된 공지의 결합 구조이므로, 본 발명에 적용하기에 적합하다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 슬라이딩 피봇(20)의 외측면, 즉 로터(2)의 단부에서 접근하였을 때 노출되어 있는 슬라이딩 피봇(20)의 외측면에는 제1 볼트 홀(41)이 형성될 수 있다. 이 제1 볼트 홀(41)은 베어링 하우징(10)에 단단히 끼워져 있는 슬라이딩 피봇(20)을 견인할 때 볼트 등을 결합하여 힘을 줄 수 있도록 하기 위해 마련된 것이다. 예를 들면, 제1 볼트 홀(41)에 링 볼트나 아이 볼트를 조립하고, 고리 모양의 볼트 머리에 와이어 로프나 체인을 건 다음 유압장치로 잡아당겨서 슬라이딩 피봇(20)을 견인할 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 슬라이딩 피봇(20)의 외측면에 형성된 제1 볼트 홀(41)에 대응하여 상기 베어링 하우징(10)의 외측면에도 제2 볼트 홀(42)이 형성될 수 있는데, 이는 복수 개가 구비되는 슬라이딩 피봇(20)이 틸팅 패드 저널 베어링(3)의 길이방향에 대해 동일한 깊이로 삽입되도록 정렬하기 위한 정렬판(50)을 결합하기 위해 마련된 것이다.

즉, 모든 슬라이딩 피봇(20)을 분해한 후 조립할 때에도 유압장치를 이용하여 슬라이딩 피봇(20)을 밀어넣게 되는데, 슬라이딩 피봇(20)은 길이방향으로는 별다른 제한 없이 이동할 수 있기 때문에 각각의 슬라이딩 피봇(20)이 틸팅 패드 저널 베어링(3)의 길이방향에 대해 삽입되는 깊이에는 오차가 발생할 수 있다.

슬라이딩 피봇(20)의 길이방향 배치에 오차가 생기면 각 슬라이딩 피봇(20)이 피봇 지지하고 있는 틸팅 패드(30)의 지지점 위치에 편차가 발생하게 되고, 이는 고속으로 회전하는 로터(2)의 동 특성에 약영향을 미칠 수 있다.

따라서, 본 발명은 슬라이딩 피봇(20)과 베어링 하우징(10)에 각각 형성된 제1 및 제2 볼트 홀(41, 42)에 대해 볼트가 삽입될 수 있는 관통공(52)이 형성된 정렬판(50)을 마련하고 있으며, 모든 슬라이딩 피봇(20)에 대해 정렬판(50)을 단단히 설치하면 정렬판(50)과 베어링 하우징(10)의 접촉면을 기준으로 하여 모든 슬라이딩 피봇(20)의 삽입 깊이가 일정하게 정렬된다.

여기서, 슬라이딩 피봇(20)과 베어링 하우징(10)에 각각 형성된 제1 및 제2 볼트 홀(41, 42)은 베어링 하우징(10)의 중심을 지나는 반경 방향을 따라 배치될 수 있다. 이는 슬라이딩 피봇(20)이 가장 강한 힘을 받는 반경 방향에 대한 고정 강도를 고려한 것이며, 모든 슬라이딩 피봇(20)을 베어링 하우징(10)의 중심(≒ 로터의 중심)에 대해 대칭을 이루는 힘이 작용하도록 함으로써 안정적인 동 특성을 유지하는데 유리하기 때문이다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 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 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 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.

1: 스트럿 2: 로터
3: 틸팅 패드 저널 베어링
4: 틸팅 패드 스러스트 베어링
5: 스러스트 칼라 10: 베어링 하우징
11: 제1 베어링 하우징 12: 제2 베어링 하우징
14: 볼트 16: 고정 피봇
20: 슬라이딩 피봇 22: 도브 테일
30: 틸팅 패드 41: 제1 볼트 홀
42: 제2 볼트 홀 50: 정렬판
52: 관통공

Claims (16)

1. 볼트로 결합되는 제1 베어링 하우징과 제2 베어링 하우징을 포함하는 베어링 하우징과, 상기 베어링 하우징의 내주면을 따라 이격되게 설치되는 복수 개의 피봇과, 상기 피봇에 의해 틸팅 가능하게 지지되는 틸팅 패드를 포함하는 틸팅 패드 저널 베어링에 있어서,
   상기 피봇은 상기 베어링 하우징의 반경 방향으로는 고정되되 길이 방향을 따라서는 슬라이딩 이동이 가능하도록 상기 베어링 하우징의 내주면에 결합되는 슬라이딩 피봇이며,
   상기 슬라이딩 피봇은 상기 베어링 하우징의 내주면에 대해 도브 테일 구조로 결합되고,
   상기 슬라이딩 피봇의 외측면에는 제1 볼트 홀이 형성되며, 상기 제1 볼트 홀은 상기 슬라이딩 피봇을 견인하는 수단을 연결하기 위한 링 볼트나 아이 볼트를 조립하기 위해 사용될 수 있으며,
   상기 슬라이딩 피봇의 외측면에 형성된 제1 볼트 홀에 대응하여 상기 베어링 하우징의 외측면에도 제2 볼트 홀이 형성되고,
   상기 슬라이딩 피봇 및 상기 베어링 하우징에 각각 형성된 제1 및 제2 볼트 홀에 대해 볼트로 각각 결합하기 위한 관통공이 형성된 정렬판을 더 포함하며,
   상기 정렬판은 상기 복수 개의 슬라이딩 피봇이 상기 길이 방향에 대해 동일한 깊이로 삽입되도록 정렬하는 것을 특징으로 하는 틸팅 패드 저널 베어링.
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6. 제1항에 있어서,
   상기 슬라이딩 피봇 및 상기 베어링 하우징에 각각 형성된 제1 및 제2 볼트 홀은 상기 베어링 하우징의 중심을 지나는 반경 방향을 따라 배치된 것을 특징으로 하는 틸팅 패드 저널 베어링.
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9. 터빈 기관의 로터와, 상기 터빈 기관에 대해 직경 방향 내측에서 원주 방향을 따라 복수 개가 이격 배치된 스트럿과, 상기 로터의 원주방향 하중을 지지하기 위하여 상기 스트럿에 각각 설치되는 틸팅 패드 저널 베어링을 포함하는 터빈 기관에 있어서,
   상기 틸팅 패드 저널 베어링은 볼트로 결합되는 제1 베어링 하우징과 제2 베어링 하우징을 포함하는 베어링 하우징과, 상기 베어링 하우징의 내주면을 따라 이격되게 설치되는 복수 개의 피봇과, 상기 피봇에 의해 틸팅 가능하게 지지되는 틸팅 패드를 포함하고,
   상기 피봇은 상기 베어링 하우징의 반경 방향으로는 고정되되 길이 방향을 따라서는 슬라이딩 이동이 가능하도록 상기 베어링 하우징의 내주면에 결합되는 슬라이딩 피봇이며,
   상기 슬라이딩 피봇은 상기 베어링 하우징의 내주면에 대해 도브 테일 구조로 결합되고,
   상기 슬라이딩 피봇의 외측면에는 제1 볼트 홀이 형성되며, 상기 제1 볼트 홀은 상기 슬라이딩 피봇을 견인하는 수단을 연결하기 위한 링 볼트나 아이 볼트를 조립하기 위해 사용될 수 있으며,
   상기 슬라이딩 피봇의 외측면에 형성된 제1 볼트 홀에 대응하여 상기 베어링 하우징의 외측면에도 제2 볼트 홀이 형성되고,
   상기 슬라이딩 피봇 및 상기 베어링 하우징에 각각 형성된 제1 및 제2 볼트 홀에 대해 볼트로 각각 결합하기 위한 관통공이 형성된 정렬판을 더 포함하며,
   상기 정렬판은 상기 복수 개의 슬라이딩 피봇이 상기 길이 방향에 대해 동일한 깊이로 삽입되도록 정렬하는 것을 특징으로 하는 터빈 기관.
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14. 제9항에 있어서,
    상기 슬라이딩 피봇 및 상기 베어링 하우징에 각각 형성된 제1 및 제2 볼트 홀은 상기 베어링 하우징의 중심을 지나는 반경 방향을 따라 배치된 것을 특징으로 하는 터빈 기관.
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