KR102106888B1

KR102106888B1 - 가변 베인 구동용 레버암 조립체

Info

Publication number: KR102106888B1
Application number: KR1020150006109A
Authority: KR
Inventors: 김재겸
Original assignee: 한화에어로스페이스 주식회사
Priority date: 2015-01-13
Filing date: 2015-01-13
Publication date: 2020-05-06
Also published as: KR20160087219A

Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 부분이 조정링의 연결부재와 결합하고, 제2 부분이 가변 베인 회전축과 결합하는 가변 베인 구동용 레버암 조립체에 있어서, 제1 부분 측에 형성되는 제1 구멍과, 제2 부분 측에 형성되는 제2 구멍을 구비하는 레버암과, 중공 형상으로 적어도 일부가 제1 구멍에 배치되며, 연결부재를 향하는 면인 제1 면이 곡면으로 형성되는 탄성부재와, 중공 형상으로 적어도 일부가 탄성부재에 배치되고, 연결부재의 외주면을 둘러싸도록 형성되며, 탄성부재를 향하는 면인 제2 면이 곡면으로 형성되는 볼 조인트를 구비하는 가변 베인 구동용 레버암 조립체를 제공한다.

Description

가변 베인 구동용 레버암 조립체{Lever arm assembly for driving variable vane}

실시예들은 가변 베인 구동용 레버암 조립체에 관한 것이다.

유체 기계 내의 유체 유동을 제어하기 위해 개방도를 조정할 수 있는 가변 베인을 덕트 내에 설치하고, 그 가변 베인의 각도를 조절함으로써 유체의 유동을 제어하는 기술이 알려져 있다.

한편, 가변 베인 장치는, 유체의 유동을 조절하기 위해 사용자 또는 구동 프로그램에 따라 가변 베인의 각도를 조정하는 기능을 수행하는데, 주로 압축기, 터빈, 팽창기, 노즐 장치 등의 유체 기계에 적용됨으로써 해당 유체 기계의 성능을 향상시키고 운용 범위를 확대시킨다.

일반적으로 가변 베인은 레버암(lever arm)을 통해 유니슨 링(Unison ring)과 연결되며, 유니슨 링의 회전 운동에 의해 레버암이 이동함으로써 가변 베인을 제어하는 방식이 이용되고 있다.

한편, 미국공개공보 제2006-0062667호에는 레버암이 설치된 터보 엔진의 가변 베인이 개시되어 있는데, 레버암의 강도(stiffness)를 변경하지 않고도 레버암의 파손을 줄일 수 있는 기술이 개시되어 있다.

미국 공개특허공보 제2006-0062667호 (2006.03.23.)

실시예들은 내구성이 뛰어난 가변 베인 구동용 레버암 조립체를 제공하는 것을 주된 과제로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 부분이 조정링의 연결부재와 결합하고, 제2 부분이 가변 베인 회전축과 결합하는 가변 베인 구동용 레버암 조립체에 있어서, 상기 제1 부분 측에 형성되는 제1 구멍과, 상기 제2 부분 측에 형성되는 제2 구멍을 구비하는 레버암;과, 중공 형상으로 적어도 일부가 상기 제1 구멍에 배치되며, 상기 연결부재를 향하는 면인 제1 면이 곡면으로 형성되는 탄성부재;와, 중공 형상으로 적어도 일부가 상기 탄성부재에 배치되고, 상기 연결부재의 외주면을 둘러싸도록 형성되며, 상기 탄성부재를 향하는 면인 제2 면이 곡면으로 형성되는 볼 조인트를 구비하며, 상기 탄성부재의 상기 제1 면은 볼록한 곡면으로 형성되며, 상기 볼 조인트의 상기 제2 면은 상기 탄성부재의 상기 제1 면의 형상에 대응되도록 오목한 곡면으로 형성되며, 상기 탄성부재의 면 중 상기 제1 구멍과 접촉하는 면에는 걸림 돌기가 형성되고, 상기 제1 구멍의 내면에는 상기 걸림 돌기가 걸리는 걸림 홈이 형성되는, 가변 베인 구동용 레버암 조립체를 제공한다.

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여기서, 탄성부재는 실리콘, 플라스틱 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.

상술한 바와 같은 실시예들에 관한 가변 베인 구동용 레버암 조립체에 의하면, 간단한 구조로 가변 베인 구동용 레버암 조립체의 교체 주기를 연장시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 가변 베인 구동용 레버암 조립체를 도시한 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 관한 가변 베인 구동용 레버암 조립체의 단면도이다.
도 4는 도 3의 A 부분을 확대하여 도시한 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 4의 일 변형예를 도시한 개략적인 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 사용함으로써 중복 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 가변 베인 구동용 레버암 조립체를 도시한 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 관한 가변 베인 구동용 레버암 조립체의 단면도이고, 도 4는 도 3의 A 부분을 확대하여 도시한 개략적인 단면도이며, 도 5는 도 4의 일 변형예를 도시한 개략적인 단면도이다.

본 실시예에 따른 가변 베인 구동용 레버암 조립체(이하 '레버암 조립체')(100)는 항공기용 엔진의 압축기(미도시)의 유로에 설치되어 가변 베인(300b)의 개폐 정도를 제어하는 구성요소로써, 제1 부분(100a)이 조정링(200)의 연결부재(210)와 결합하고, 제2 부분(100b)이 가변 베인 회전축(300a)과 결합한다. 여기서, 가변 베인 회전축(300a)은 가변 베인(300b)과 연결되며, 가변 베인(300b)은 덕트(10) 내부에 형성되는 유체 유로에 배치된다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 레버암 조립체(100)는 항공기용 압축기에 적용될 수 있지만, 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명의 실시예들에 따른 레버암 조립체(100)는, 「덕트 내의 유동을 제어하는 기술」이 적용될 수 있는 곳에는 제한 없이 적용될 수 있다. 예를 들어, 압축기의 디퓨저 덕트 부분, 터빈의 배기 가스 배출 덕트 부분 등 다양한 부분에 제한없이 사용될 수 있고, 유동이 제어되는 유체의 종류도 기체, 액체, 증기 등 다양한 유체에 적용될 수 있다.

한편, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 레버암 조립체(100)는 레버암(110), 탄성부재(120), 볼 조인트(130)를 포함한다.

레버암(110)은 제1 부분(100a) 측에 형성되는 제1 구멍(111)과, 제2 부분(100b) 측에 형성되는 제2 구멍(112)을 구비한다. 제1 구멍(111)에는 조정링(200)의 연결부재(210)가 레버암(110)을 관통하도록 배치되며, 제2 구멍(112)에는 가변 베인 회전축(300a)이 레버암(110)을 관통하도록 배치된다.

이러한 구조에 따라, 레버암(110)은 조정링(200)의 덕트(10)에 대한 회전운동을 가변 베인(300b)에 전달할 수 있다. 조정링(200)과 가변 베인(300b)의 구조와 작동에 관해서는 자세히 후술하기로 한다.

한편, 본 실시예에 따른 제1 구멍(111) 및 제2 구멍(112)은 중공 원형의 형상을 가지고 있지만, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명의 실시예들은 연결부재(210) 및 가변 베인(300b)이 제1 구멍(111) 및 제2 구멍(112)을 통해 레버암(110)과 회동 가능하게 설치될 수 있으면 그 형상에는 특별한 제한이 없다.

예를 들어, 본 발명의 실시예들에 따른 제1 구멍(111) 및 제2 구멍(112)은 제1 구멍(111) 및 제2 구멍(112)을 관통하는 연결부재(210) 및 가변 베인 회전축(300a)의 단면 형상에 따라 원형, 타원형 및 다각형 중 어느 하나의 형상을 가질 수도 있다.

제1 구멍(111)에는 탄성부재(120)와 볼 조인트(130)가 배치되어 조정링(200)의 연결부재(210)를 레버암(110)에 고정한다.

탄성부재(120)는 중공 형상으로 적어도 일부가 제1 구멍(111)에 배치되며, 연결부재(210)를 향하는 면인 제1 면(120a)이 곡면으로 형성된다. 탄성부재(120)는 신축성(elasticity)있는 재료를 포함하여 제조되는 것이 바람직하다. 예컨데, 탄성부재(120)의 소재로 실리콘, 플라스틱 등이 적용될 수 있다.

상세히, 탄성부재(120)는 볼 조인트(130)를 고정시키며 일정 변위를 흡수할 수 있으며, 볼 조인트(130)와 접촉하는 제1 면(120a)이 곡면으로 형성됨으로 인해 레버암(110)과 연결부재(210) 상호 간에 자유도를 부여할 수 있다. 또한, 신축성 있는 재료로 탄성부재(120)를 구성함으로써, 연결부재(210)와의 마찰 작용에 따라 마모되기 쉬운 볼 조인트(130)를 용이하게 교체할 수 있다.

다음으로, 볼 조인트(130)는 중공 형상으로 적어도 일부가 탄성부재(120)에 배치되고, 연결부재(210)의 외주면을 둘러싸도록 형성되며, 탄성부재(120)를 향하는 면인 제2 면(130a)이 곡면으로 형성된다. 이때, 볼 조인트(130)의 내주면(131)은 연결부재(210)의 외주면(210a)과 슬라이딩 가능하도록 배치될 수 있다.

상세히, 볼 조인트(130)는 전술한 바와 같이 연결부재(210)에 직접적으로 접촉하여 마찰 작용을 일으키므로, 마찰 계수가 작고 마찰열을 소산시킬 수 있는 재료를 포함하여 제조되는 것이 바람직하다. 예컨데, 볼 조인트(130)의 소재로, 화이트 미탈(white metal), 납 베이스 합금(lead base alloy), 아연 베이스 합금(zinc base alloy), 카드뮴 합금, 구리 베이스 합금, 알루미늄 합금, 은, 오일 포함 베어링 등이 적용될 수 있다.

여기서, 본 실시예에 따른 탄성부재(120)의 제1 면(120a)은 볼록한 볼 조인트(130)의 제2 면(130a)의 형상에 대응하도록 오목한 형상을 가지고 있지만, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명의 실시예들에 따른 탄성부재(120)의 제1 면(120a)은 도면에 나타난 바와 같이 볼록한 곡면 및 오목한 곡면 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 볼 조인트(130)의 제2 면(130a) 또한 탄성부재(120)의 제1 면(120a)의 형상에 대응하도록 볼록한 곡면 및 오목한 곡면 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

예를 들어, 도 5에 나타난 바와 같이, 탄성부재(120)의 제1 면(120b)은 볼록하게 형성될 수 있으며, 이에 따라 볼 조인트(130)의 제2 면(130b) 또한 오목하게 형성될 수도 있다. 한편, 제1 면 및 제2 면은 볼록한 곡면 및 오목한 곡면으로 함께 형성될 수도 있음은 물론이다.

다음으로, 레버암(110)의 제1 구멍(111)을 관통하도록 배치되는 연결부재(210)를 통해 레버암(110)과 연결되는 조정링(200)에 대해 상세하게 살펴보기로 한다.

조정링(200)은 원형 링의 형상을 가지는데, 덕트(10)의 외주면을 따라 회동 가능하도록 덕트(10)의 외면(12)에 설치된다.

본 실시예에 따르면 조정링(200)은 원형 링의 형상을 가지지만, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명의 실시예들에 따른 조정링(200)의 형상에는 특별한 제한이 없다.

도 2에 나타난 바와 같이, 조정링(200)의 내주면(200a)에는 2줄의 구름체(rolling body) 설치홈(200a_1)(200a_2)이 형성될 수 있다.

본 실시예에 따른 조정링(200)의 내주면(200a)에는 2줄의 구름체 설치홈(200a_1)(200a_2)이 형성되어 있지만, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명의 실시예들에 따른 조정링(200)의 내주면(200a)에 설치되는 구름체 설치홈의 줄 개수에는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 구름체 설치홈의 줄 개수는 1줄, 3줄, 4줄이 될 수 있다.

구름체 설치홈(200a_1)(200a_2)에는 롤러 또는 볼과 같은 복수개의 구름체(220)들이 배치되는데, 이러한 구름체(220)들은 덕트(10)의 구름체 배치홈(12a)에 접촉하여 조정링(200)을 회동 가능하도록 지지하게 된다.

조정링(200)은 연결부재(210)를 통해 레버암(110)에 연결된다. 상세히, 연결부재(210)는 전술한 바와 같이 제1 구멍(111)에 배치되는 볼 조인트(130)에 대해 회동 가능하도록 볼 조인트(130)의 내주면(130b)에 의해 감싸지도록 배치된다.

이와 같이, 조정링(200)의 연결부재(210)는 레버암(110)의 제1 구멍(111)에 배치되는 볼 조인트(130)에 끼워져, 조정링(200)의 회전 운동을 레버암(110)의 회전 운동으로 전환하게 된다.

또한, 조정링(200)에 인접한 위치에는 조정링(200)에 회전력을 전달하는 액추에이터(미도시)가 설치될 수 있다. 이러한 액추에이터는 유압 또는 공압 실린더를 포함하거나 전동 모터 등을 포함하는 전동식 장치로 구성될 수 있으며, 신축 작용을 하는 작용부(미도시)를 통해 조정링(200)에 연결될 수 있다. 작용부는 조정링(200)에 힌지 구조로 연결될 수 있으며, 작용부가 신축 작용을 하게 되면, 조정링(200)은 덕트(10)의 외주면을 따라 소정의 각도로 회전하게 된다.

본 실시예에서는 구동력을 제공하는 액추에이터에 의해 조정링(200)을 회전시킴으로써 가변 베인(300b)을 회전시키지만, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명의 실시예들에 따른 액추에이터는 조정링(200)과, 조정링(200)을 통해 전달받은 회전력을 가변 베인(300b)에 전달하는 레버암(110)을 움직일 수 있는 동력을 제공하기만 하면 되고, 세부적인 구성에는 특별한 제한이 없다.

예를 들어, 본 발명의 실시예들에 따른 액추에이터는 레버암(110) 또는 가변 베인 회전축(300a)을 직접 회전시키는 구성을 가질 수 있다. 이러한 경우, 액추에이터는 회전 구동축을 구비하고, 상기 회전 구동축은 레버암(110) 또는 베인 회전축(300b)과 연결됨으로써, 상기 회전 구동축이 회전함에 따라 가변 베인(300b)을 회전시킬 수 있다.

다음으로, 레버암(110)의 제2 구멍(112)을 관통하도록 배치되는 가변 베인 회전축(300a)이 압축기의 덕트(10)에 결합되는 구조에 대해 상세하게 살펴보기로 한다.

가변 베인 회전축(300a)은 덕트(10)에 형성되는 설치구멍(11)에 일부분이 배치되며, 다른 부분은 덕트(10)의 반경 방향으로 멀어지는 측으로 돌출되어 제1 와셔(320), 레버암(110), 제2 와셔(321) 및 너트(330)와 결합할 수 있다.

설치구멍(11)에는 가변 베인 지지부재(310)가 설치된다. 가변 베인 지지부재(310)는 덕트(10)와 동일한 소재로 형성될 수 있으며, 적어도 일부가 설치구멍(11)에 배치될 수 있다. 또한, 가변 베인 지지부재(310)의 하부에는 반경 방향으로 돌출되는 지지 플렌지부(310f)가 형성될 수 있다.

이러한 지지 플렌지부(310f)는 설치구멍(11)과 가변 베인 회전축(300a) 사이에 개재되도록 형성될 수 있으며, 가변 베인 지지부재(310)가 설치구멍(11)을 통해 덕트(10)의 외부로 빠지지 않도록 지지할 수 있다.

상세히, 가변 베인 회전축(300a)은 적어도 일부가 가변 베인 지지부재(310)에 배치됨으로써 설치구멍(11)에 설치된다. 그리고 가변 베인 회전축(300a)의 단부(300a_1) 측에는 나사산이 형성되며, 너트(330)와의 결합을 통해 가변 베인 회전축(300a)은 가변 베인 지지부재(310)에 고정될 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명의 실시예들에 따르면, 가변 베인 회전축(300a)은 전술한 지지 플렌지부(310f)와 같이 단부(300a_1)측에 반경 방향으로 돌출되도록 형성되는 돌출부(미도시)를 구비할 수 있으며, 이러한 구조를 통해 덕트(10)의 반경 방향으로 이동하지 않도록 설치구멍(11)에 설치될 수 있다.

한편, 가변 베인 지지부재(310)와 너트(330) 사이에는 제1 와셔(320), 레버암(110) 및 제2 와셔(321)가 개재될 수 있다.

제1 와셔(320)와 제2 와셔(321)는 가변 베인 지지부재(310)와 너트(330) 사이에서 이들의 결합으로 인해 발생하는 압력을 분산하여, 덕트(10)의 설치구멍(11) 및 외면(12)이 파손되지 않도록 보호할 수 있다. 또한, 제1 와셔(320)와 제2 와셔(321)는 가변 베인 지지부재(310)와 덕트(10)와 동일한 소재로 형성될 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 실시예에 따른 레버암 조립체(100)의 작동에 대해 살펴보기로 한다.

사용자 또는 구동 프로그램의 제어에 따라 액추에이터가 작동하게 되면 작용부가 신축하게 되고, 그렇게 되면 조정링(200)은 덕트(10)의 외면(12)을 따라 회전하게 된다. 이때, 조정링(200)은 구름체(220)들에 의해 덕트(10)의 외면(12)과의 마찰이 최소화되면서 회전하게 된다.

이렇게 조정링(200)이 회전하게 되면, 조정링(200)과 연결된 연결부재(210)도 함께 이동하게 되고, 이에 따라 연결부재(210)에 연결된 레버암(110)도 함께 회전하게 된다.

이때, 레버암(110)과 연결부재(210)의 사이에 배치되어 연결부재(210)를 고정 및 지지하는 탄성부재(120) 및 볼 조인트(130)에는 반복적으로 압력이 가해지게 된다. 특히, 볼 조인트(130)는 연결부재(210)와 직접적으로 접촉하므로, 마찰 작용 인한 마모 현상으로 인해 주기적으로 교체해주어야 한다. 이를 위한 탄성부재(120) 및 볼 조인트(130)의 형상 및 재료는 앞서 상세하게 설명한 바가 있으므로 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.

한편, 이와 같이 레버암(110)이 회전하게 되면, 레버암(110)과 연결된 가변 베인 회전축(300a)이 회전하게 되고, 이에 따라 가변 베인(300b)도 회전함으로써 덕트(10) 내에서 유동하는 유체의 유동을 제어할 수 있게 된다.

상술한 실시예들에 대한 구성 및 효과에 대한 설명은 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

본 발명은 가변 베인 구동용 레버암 조립체가 설치되는 유체 기계에 적용될 수 있다.

100: 레버암 조립체 210: 연결부재
110: 레버암 220: 구름체
111: 제1 구멍 300a: 가변 베인 회전축
112: 제2 구멍 300b: 가변 베인
120: 탄성부재 310: 가변 베인 지지부재
130: 볼 조인트 320: 와셔
200: 조정링 330: 너트

Claims

제1 부분이 조정링의 연결부재와 결합하고, 제2 부분이 가변 베인 회전축과 결합하는 가변 베인 구동용 레버암 조립체에 있어서,
상기 제1 부분 측에 형성되는 제1 구멍과, 상기 제2 부분 측에 형성되는 제2 구멍을 구비하는 레버암;
중공 형상으로 적어도 일부가 상기 제1 구멍에 배치되며, 상기 연결부재를 향하는 면인 제1 면이 곡면으로 형성되는 탄성부재; 및
중공 형상으로 적어도 일부가 상기 탄성부재에 배치되고, 상기 연결부재의 외주면을 둘러싸도록 형성되며, 상기 탄성부재를 향하는 면인 제2 면이 곡면으로 형성되는 볼 조인트를 구비하며,
상기 탄성부재의 상기 제1 면은 볼록한 곡면으로 형성되며, 상기 볼 조인트의 상기 제2 면은 상기 탄성부재의 상기 제1 면의 형상에 대응되도록 오목한 곡면으로 형성되며,
상기 탄성부재의 면 중 상기 제1 구멍과 접촉하는 면에는 걸림 돌기가 형성되고, 상기 제1 구멍의 내면에는 상기 걸림 돌기가 걸리는 걸림 홈이 형성되는, 가변 베인 구동용 레버암 조립체.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 탄성부재는 실리콘, 플라스틱 중 적어도 하나로 형성되는, 가변 베인 구동용 레버암 조립체.