KR102182103B1 - 가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐 - Google Patents

가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐 Download PDF

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Abstract

가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐은 내부 케이싱과, 내부 케이싱을 둘러싸며 내부 케이싱과의 사이에 유체가 흐르는 통로를 형성하며 내부 케이싱의 길이 방향을 따라 이동함으로써 통로의 유체가 외부로 배출되는 배기면적을 조절하는 외부 케이싱과, 외부 케이싱을 이동시키는 구동 액추에이터와, 외부 케이싱과 함께 이동하는 롤러 베어링과, 롤러 베어링과 접촉한 상태를 유지함으로써 롤러 베어링의 이동하는 경로를 형성하는 베어링 가이드과, 롤러 베어링을 베어링 가이드에 대해 가압하는 베어링 플레이트를 구비한다.

Description

가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐{Variable exhaust nozzle for gas turbine engine}
실시예들은 가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스 터빈 엔진이 동작하는 동안 고온의 가스로 인해 일부 구성요소의 열팽창 변형이 발생하는 경우에도 배기면적을 정밀하게 조정할 수 있는 가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐에 관한 것이다.
가스 터빈 엔진에 사용되는 가변 배기 노즐을 구동하기 위한 기술에는 날개(flap) 방식과 에어로 스파이크(aero-spike) 방식과 같이 다양한 방식의 기술이 존재한다.
미국 등록특허 제4,005,822호는 날개 방식으로 배기 노즐의 개방 면적을 조절하는 기술을 개시한다. 이러한 기술에서는 배기 통로를 형성하는 외부 케이스를 전방과 후방으로 이동시킴으로써 배기 면적을 조절한다.
날개 방식으로 구동되는 가변 배기 노즐 기술에서는 외부 케이스를 이동시키기 위한 기구 구성에 외부 케이스의 움직임을 안내하는 롤러 베어링이 포함된다.
롤러 베어링이 접촉하는 외부 케이스는 연소기와 터빈을 거치며 섭씨 1000도를 초과하는 고온으로 가열된 가스와 접촉하기 때문에 엔진의 작동 중에 외부 케이스가 반경 방향으로 열팽창을 한다. 열팽창에 의해 외부 케이스가 크게 변형되는 경우에는 롤러 베어링과 팽창된 외부 케이스가 서로 고착됨(jammed)으로 인해 외부 케이스를 이동시키는 구동장치 등의 구성요소에 고장이 발생할 수 있다.
미국 등록특허 제4,005,822(1977.02.01)
실시예들은 고온의 가스와의 접촉으로 인해 일부 구성요소가 열팽창하는 경우에도 안정적으로 작동하며 고장 발생이 감소된 가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐을 제공한다.
일 실시예에 관한 가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐은 내부 케이싱과, 내부 케이싱을 둘러싸며 내부 케이싱의 외측에 배치되어 내부 케이싱과의 사이에 유체가 흐르는 통로를 형성하며 내부 케이싱의 길이 방향을 따라 이동함으로써 통로의 유체가 외부로 배출되는 배기면적을 조절하는 외부 케이싱과, 외부 케이싱에 연결되며 길이가 변화함으로써 외부 케이싱을 이동시키는 구동 액추에이터와, 외부 케이싱에 연결되어 외부 케이싱과 함께 이동하는 롤러 베어링과, 외부 케이싱과 롤러 베어링이 이동하는 동안 롤러 베어링이 회전하도록 롤러 베어링과 접촉한 상태를 유지함으로써 롤러 베어링의 이동하는 경로를 형성하는 베어링 가이드과, 일단이 외부 케이싱과 연결되고 타단에 롤러 베어링이 회전 가능하게 결합되어 롤러 베어링을 베어링 가이드에 대해 가압하여 롤러 베어링을 탄성적으로 지지하는 베어링 플레이트를 구비합니다.
롤러 베어링은 외부 케이싱의 이동 방향을 따라 복수 개가 배치될 수 있으며, 복수 개의 롤러 베어링의 각각을 지지하도록 베어링 플레이트도 복수 개가 배치될 수 있다.
베어링 플레이트는 일단에 롤러 베어링이 회전 가능하게 결합될 수 있고 타단이 베어링 플레이트에 결합되는 베어링축을 구비할 수 있으며, 복수 개의 롤러 베어링 중 하나를 지지하는 베어링 플레이트는 복수 개의 롤러 베어링 중 다른 하나를 지지하는 베어링축을 관통시키는 관통 구멍을 더 구비할 수 있다.
상술한 바와 같은 실시예들에 관한 가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐은 가스 터빈 엔진이 동작하는 동안 구성요소들이 고온의 가스와 계속적으로 접촉하여 열팽창에 의해 변형을 하여도 롤러 베어링이 베어링 가이드와 접촉 상태를 유지하면서 구름 운동을 할 수 있으므로 외부 케이싱의 운동이 원활하게 이루어져 배기면적이 정밀하게 조정될 수 있다.
또한 롤러 베어링이 항상 베어링 가이드와 접촉한 상태를 유지함으로써 롤러 베어링에 가해지는 하중을 분산할 수 있으며, 외부 케이싱의 내부 케이싱에 대한 동심 위치를 유지하며, 외부 케이싱와 내부 케이싱 등의 열변위를 흡수할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 관한 가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐의 일부분의 단면을 도시한 측면 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐의 Ⅱ-Ⅱ의 선에서의 배기면적을 도시한 횡방향의 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐의 일 작동상태를 도시한 측면 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐의 Ⅳ-Ⅳ의 선에서의 배기면적을 도시한 횡방향의 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐의 롤러 베어링의 위치에서의 횡방향의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐의 일부분을 확대하여 도시한 측면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐의 일부분을 도시한 사시도이다.
도 8은 다른 실시예에 관한 가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐의 일부분을 도시한 측면도이다.
이하, 첨부 도면의 실시예들을 통하여, 실시예들에 관한 가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐의 구성과 작용을 상세히 설명한다.
도 1은 일 실시예에 관한 가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐의 일부분의 단면을 도시한 측면 단면도이다.
도 1에 나타난 실시예에 관한 가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐은 내부 케이싱(10)과, 내부 케이싱(10)을 둘러싸며 이동함으로써 유체가 배출되는 통로(P)의 배기면적을 조절하는 외부 케이싱(20)과, 외부 케이싱(20)을 이동시키는 구동 액추에이터(30)와, 외부 케이싱(20)과 함께 이동하는 롤러 베어링(41, 42)과, 롤러 베어링(41, 42)과 접촉하는 베어링 가이드(50)와, 롤러 베어링(41, 42)을 탄성적으로 지지하는 베어링 플레이트(60)를 구비한다.
내부 케이싱(10)은 대략적인 원통형상을 가지며 연소기와 터빈을 거치며 섭씨 1000도를 초과하는 고온으로 가열된 가스와 접촉하여도 견딜 수 있는 소재로 제작된다.
내부 케이싱(10)의 외측에는 내부 케이싱(10)을 둘러싸도록 외부 케이싱(20)이 배치된다. 외부 케이싱(20)도 고온의 가스를 견딜 수 있는 소재로 제작되며 내부 케이싱(10)보다 큰 지름을 갖는 대략적인 원통형상으로 제작된다. 외부 케이싱(20)은 내부 케이싱(10)을 외측에서 둘러쌈으로써 외부 케이싱(20)과 내부 케이싱(10)의 사이에 유체가 흐르는 통로(P)를 형성한다.
외부 케이싱(20)의 일측 단부(도 1에서 좌측의 단부)에는 내부 케이싱(10)을 둘러싸는 베어링 가이드(50)가 설치된다. 베어링 가이드(50)는 내부 케이싱(10)의 일부분을 둘러싸며 내부 케이싱(10)에 대한 위치가 고정되도록 설치된다. 따라서 베어링 가이드(50)와 외부 케이싱(20)이 함께 내부 케이싱(10)을 둘러쌈으로써 유체가 흐르는 통로(P)를 형성할 수 있다.
외부 케이싱(20)은 베어링 가이드(50)의 외측에 결합된 상태에서 베어링 가이드(50)에 대하여 X축 방향으로 이동할 수 있다. 외부 케이싱(20)은 내부 케이싱(10)의 길이방향(X축 방향)을 따라 이동함으로써 통로(P)를 흐르는 유체가 외부로 배출되는 배기면적을 조절하는 기능을 수행한다.
가변 배기 노즐의 배기면적은 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ의 선으로 표시되어 있으며 외부 케이싱(20)과 내부 케이싱(10)이 서로 마주보는 영역에서 유체가 통과하는 목 부분(17)의 단면적에 해당한다.
외부 케이싱(20)은 타측 단부(도 1에서 X축 방향을 따라 우측 방향을 향하는 단부)를 향하여 갈수록 내부 케이싱(10)을 향하는 방향으로 경사를 이루는 경사면(21)을 구비한다. 따라서 외부 케이싱(20)이 내부 케이싱(10)에 대해 수평 방향, 즉 X축 방향을 따라 우측 방향으로 이동함에 따라 목 부분(17)의 위치에서 경사면(21)이 내부 케이싱(10)의 외측 표면에 점점 가까워지거나 점점 멀어지므로 배기면적의 크기가 조절될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐의 Ⅱ-Ⅱ의 선에서의 배기면적을 도시한 횡방향의 단면도이다.
목 부분(17)에서 외부 케이싱(20)의 경사면(21)과 내부 케이싱(10)의 외측 표면의 사이의 공간에 의해 형성되는 단면의 면적이 유체가 외부로 배출되는 배기면적에 해당한다. 도 1에 도시된 것과 같이 외부 케이싱(20)이 내부 케이싱(10)에 대하여 가장 좌측으로 이동하였을 때의 배기면적을 나타내는 단면의 모습이 도 2에 도시되었으며, 도 2에서 외부 케이싱(20)의 경사면(21)과 내부 케이싱(10)의 외측 표면의 사이에는 d1의 간격이 유지되어 있다.
도 3은 도 1에 도시된 가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐의 일 작동상태를 도시한 측면 단면도이다.
도 1에 도시된 것과 같이 내부 케이싱(10)에 대하여 X축 방향을 따라 좌측으로 이동하여 있던 외부 케이싱(20)이 X축 방향을 따라 우측으로 이동하면, 도 3에 도시된 것과 같이 고정된 상태로 유지된 내부 케이싱(10)에 대하여 외부 케이싱(20)의 위치가 우측으로 이동한다. 따라서 도 3에서 Ⅳ-Ⅳ의 선으로 표시되어 있는 목 부분(17)의 단면적이 증가한다.
도 4는 도 3에 도시된 가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐의 Ⅳ-Ⅳ의 선에서의 배기면적을 도시한 횡방향의 단면도이다.
도 2에서와 마찬가지로 도 4에서도 목 부분(17)에서 외부 케이싱(20)의 경사면(21)과 내부 케이싱(10)의 외측 표면의 사이의 공간에 의해 형성되는 단면의 면적이 유체가 외부로 배출되는 배기면적에 해당한다.
도 3에서 외부 케이싱(20)이 내부 케이싱(10)에 대하여 X축 방향을 따라 우측으로 이동하였을 때의 배기면적을 나타내는 단면의 모습이 도 4에 도시되었다. 도 4를 참조하면, 목 부분(17)에서 외부 케이싱(20)의 경사면(21)이 내부 케이싱(10)의 외측 표면으로부터 더 멀어졌으므로, 외부 케이싱(20)의 경사면(21)과 내부 케이싱(10)의 외측 표면의 사이에는 도 2에 도시된 d1 보다 증가한 d2의 간격이 형성된다. 도 4에 도시된 간격(d2)은 도 2에 도시된 간격(d1)보다 증가하였으므로, 도 4에서 유체가 외부로 배출되는 배기면적은 도 2에 도시된 배기면적보다 더 증가하였다.
도 1을 참조하면, 외부 케이싱(20)에는 외부 케이싱(20)을 X축 방향으로 이동시키는 구동 액추에이터(30)가 연결된다. 구동 액추에이터(30)는 유압 시스템으로부터 유압유체를 공급하는 유압라인(38)에 연결된 유압튜브(31)와, 유압튜브(31)에 삽입되어 X축 방향을 따라 이동할 수 있는 로드(32)를 구비한다. 유압튜브(31)의 일단의 엔드 캡(31p)은 고정되어 있는 구조물에 고정된다. 유압튜브(31)의 타단에는 로드(32)가 유압튜브(31)에 대해 이동 가능하게 삽입된다.
로드(32)의 일측 단부는 연결 브라켓(20b)과 연결축(32f)을 통해 외부 케이싱(20)에 연결된다. 유압튜브(31)에 유압유가 공급됨에 따라 로드(32)가 X축 방향에서 우측 또는 좌측으로 이동함으로써 로드(32)의 길이가 변화한다. 즉 구동 액추에이터(30)가 X축 방향에서의 길이가 변화함으로써 구동 액추에이터(30)가 외부 케이싱(20)을 X축 방향을 따라 이동시킨다.
외부 케이싱(20)에는 외부 케이싱(20)과 함께 이동하는 롤러 베어링(41, 42)이 연결된다. 롤러 베어링(41, 42)은 베어링 플레이트(60)에 의해 외부 케이싱(20)을 지지하는 연결 브라켓(20b) 측에 연결된다.
외부 케이싱(20)과 롤러 베어링(41, 42)이 함께 이동하는 동안 롤러 베어링(41, 42)이 베어링 가이드(50)와 접촉함으로써 롤러 베어링(41, 42)은 베어링 가이드(50)의 표면을 따라 구르는(회전하는) 구름 운동을 할 수 있다.
베어링 가이드(50)는 롤러 베어링(41, 42)이 이동하는 경로를 형성하며 베어링 가이드(50)의 외측에 고정된다. 따라서 베어링 가이드(50)는 외부 케이싱(20)과 롤러 베어링(41, 42)이 함께 이동하는 동안 롤러 베어링(41, 42)이 회전하도록 롤러 베어링(41, 42)과 접촉한 상태를 유지하여 롤러 베어링(41, 42)을 지지하며 롤러 베어링(41, 42)의 구름 운동을 안내하는 기능을 수행한다.
도 5는 도 1에 도시된 가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐의 롤러 베어링의 위치에서의 횡방향의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5에는 롤러 베어링(41, 42) 중 도 1에서 좌측에 배치된 제1 롤러 베어링(41)만이 도시되었다. 도 5에서 베어링 가이드(50)와 내부 케이싱(10)의 서로 마주보는 공간에 의해 유체가 흐르는 통로(P)가 형성되며, 롤러 베어링(41, 42)은 내부 케이싱(10)의 외측에 배치된 베어링 가이드(50)에 접촉하도록 설치된다.
롤러 베어링(41, 42)은 베어링 가이드(50)의 원주방향의 중심에 대해 원주방향의 둘레를 따라 복수 개가 설치될 수 있다. 베어링 가이드(50)의 원주방향의 둘레를 따라 롤러 베어링(41, 42)을 복수 개 설치함으로써 외부 케이싱(20)이 이동하는 동안 외부 케이싱(20)의 원주방향의 중심 위치를 일정하게 유지할 수 있다(동심 유지).
도 5에서 하나의 구동 액추에이터(30)에 2개의 롤러 베어링(41, 42)이 연결되며, 베어링 가이드(50)의 원주방향의 둘레를 따라 3개의 구동 액추에이터(30)가 배치된다. 따라서 베어링 가이드(50)의 전체 원주방향의 둘레를 따라 3개의 롤러 베어링 그룹이 설치된다(롤러 베어링의 전체 개수는 6개).
도 5에서 3개의 구동 액추에이터(30)와 3개의 롤러 베어링(41, 42) 그룹이 설치되었으나, 실시예들은 구동 액추에이터(30) 및 롤러 베어링(41, 42)의 개수에 제한되지 않으며 필요에 따라 구동 액추에이터(30) 및 롤러 베어링(41, 42)의 개수를 변형할 수 있다.
도 6은 도 1에 도시된 가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐의 일부분을 확대하여 도시한 측면도이고, 도 7은 도 6에 도시된 가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐의 일부분을 도시한 사시도이다.
베어링 플레이트(60)는 롤러 베어링(41, 42)을 외부 케이싱(20)에 연결함과 아울러 롤러 베어링(41, 42)을 베어링 가이드(50)에 대해 가압함으로써 롤러 베어링(41, 42)을 탄성적으로 지지하는 기능을 수행한다. 베어링 플레이트(60)는 예를 들어 고온을 견딜 수 있는 금속이나 플라스틱 등의 소재로 충분한 강성을 가지면서도 외부에서 가해지는 힘에 의해 소정의 만곡률(외부에서 가해지는 힘에 의해 만곡될 때의 곡률반경)로 구부러질 수 있도록 제작된다.
초기에 베어링 플레이트(60)가 롤러 베어링(41, 42)을 베어링 가이드(50)에 대해 가압하도록 설치됨에 따라, 열팽창으로 인한 변형에 기인한 힘이 롤러 베어링(41, 42)에 가해지는 경우에 베어링 플레이트(60)가 약간 구부러짐으로써 베어링 플레이트(60)가 롤러 베어링(41, 42)을 지지하는 힘이 충분히 유지된다.
베어링 플레이트(60)의 일단(61a)은 외부 케이싱(20) 측에 연결된 중간 연결판(69)에 볼트(83)에 의해 연결된다. 베어링 플레이트(60)의 타단에는 롤러 베어링(41, 42)이 회전 가능하게 결합된다.
롤러 베어링(41, 42)은 외부 케이싱(20)의 이동 방향, 즉 X축 방향을 따라 복수 개가 배치된다. 도 6 및 도 7에서 롤러 베어링(41, 42)은 좌측의 제1 롤러 베어링(41)과 우측의 제2 롤러 베어링(42)을 포함한다.
이와 같이 롤러 베어링(41, 42)이 외부 케이싱(20)의 이동 방향을 따라 복수 개가 설치되는 경우, 각각의 롤러 베어링(41, 42)을 지지하도록 베어링 플레이트(60)도 복수 개가 배치된다. 베어링 플레이트(60)는 제1 롤러 베어링(41)을 탄성적으로 지지하는 제1 플레이트(61)와, 제2 롤러 베어링(42)을 탄성적으로 지지하는 제2 플레이트(62)를 포함한다.
제1 플레이트(61)와 제2 플레이트(62)의 각각에는 베어링축(71, 72)이 결합된다. 베어링축(71, 72)의 각각의 일단(71a, 72a)에는 롤러 베어링(41, 42)이 회전 가능하게 결합되고, 베어링축(71, 72)의 타단(71b, 72b)은 제1 플레이트(61)와 제2 플레이트(62)에 각각 결합된다.
복수 개의 롤러 베어링(41, 42) 중 하나이며 외부 케이싱(20)으로부터 가장 멀리 배치되는 제1 롤러 베어링(41)을 지지하는 제1 플레이트(61)는 복수 개의 롤러 베어링(41, 42) 중 다른 하나이며 외부 케이싱(20)에 더 가깝게 배치되는 제2 롤러 베어링(42)을 지지하는 베어링축(72)을 관통시키는 관통 구멍(65)을 구비한다.
제1 플레이트(61)는 볼트(81)에 의해 서로 결합된 지지판(64)과 단부판(63)을 구비한다. 지지판(64)의 일단(61a)은 외부 케이싱(20)에 연결된 중간 연결판(69)에 연결되며 제2 롤러 베어링(42)을 지지하는 베어링축(72)을 관통시키는 관통 구멍(65)을 구비한다. 단부판(63)의 일단은 볼트(81)에 의해 지지판(64)에 연결된다. 단부판(63)은 외부 케이싱(20)에서 멀어지는 방향으로 연장하며 단부판(63)의 타단(61b)에 제1 롤러 베어링(41)을 지지하는 베어링축(71)이 결합된다.
제2 플레이트(62)의 일단(62a)은 볼트(82)에 의해 제1 플레이트(61)의 일단(61a)에 연결됨으로써 외부 케이싱(20) 측에 연결된다. 제2 플레이트(62)의 타단(62b)에는 제2 롤러 베어링(42)을 지지하는 베어링축(72)이 결합된다.
지지판(64)과 단부판(63)을 조립할 때에는 도 6 및 도 7에 도시된 것과 같이 지지판(64)과 단부판(63)의 연결부위에서 단부판(63)을 위에 배치하고 지지판(64)을 아래에 배치함으로써 제1 플레이트(61)의 단부판(63)의 높이와 제2 플레이트(62)의 높이를 동일하게 설정할 수 있다.
이와 같은 구조에 의해 제2 롤러 베어링(42)을 지지하는 베어링축(72)이 통과하는 관통 구멍(65)을 형성하기 위한 공간을 확보하면서도 롤러 베어링(41, 42) 및 베어링 플레이트(60)가 베어링 가이드(50)로부터 돌출되는 높이를 최소화함으로써 가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐의 컴팩트한 설계가 가능하다.
베어링 가이드(50)는 내부 케이싱(10)으로부터 미리 정해진 간격으로 외측을 향하여 이격되게 배치된다. 또한 베어링 가이드(50)는 롤러 베어링(41, 42)과 접촉하는 외측 표면에 오목한 형상을 가지며 롤러 베어링(41, 42)이 이동하는 방향을 따라 연장하는 안내홈(50r)을 구비한다.
상술한 바와 같은 베어링 플레이트(60)의 구조에 의하면 베어링 플레이트(60)가 탄성적으로 롤러 베어링(41, 42)을 지지하므로 외부 케이싱(20)과 롤러 베어링(41, 42)이 함께 이동하는 동안 롤러 베어링(41, 42)은 베어링 가이드(50)의 표면에 접촉하는 상태를 유지할 수 있다.
초기 설치 상태에서 베어링 플레이트(60)의 제1 플레이트(61)와 제2 플레이트(62)는 미리 정해진 탄성력으로 롤러 베어링(41, 42)을 베어링 가이드(50)를 향해 가압하도록 설치된다. 베어링축(71, 72)의 높이와 롤러 베어링(41, 42)의 직경과 제1 플레이트(61) 및 제2 플레이트(62)가 베어링 가이드(50)로부터 이격되는 거리는 제1 플레이트(61)와 제2 플레이트(62)가 탄성력을 유지하며 롤러 베어링(41, 42)을 가압할 수 있도록 설계 시에 고려되어야 한다.
베어링 가이드(50)가 고온으로 가열된 가스와 접촉함으로 인해 도 6에서 상측 방향으로 열팽창을 하며 변형될 수 있다.
베어링 가이드(50)가 열팽창에 의해 변형되는 동안에도, 베어링 플레이트(60)는 탄성력을 유지하며 롤러 베어링(41, 42)을 베어링 가이드(50)를 향하여 가압한다. 따라서 가스 터빈 엔진이 동작하는 동안 내부 케이싱(10)과 베어링 가이드(50)와 외부 케이싱(20) 등이 고온의 가스와 계속적으로 접촉하여 열팽창에 의해 변형하여도 롤러 베어링(41, 42)이 베어링 가이드(50)와 접촉 상태를 유지하면서 구름 운동을 할 수 있으므로 외부 케이싱(20)의 운동이 원활하게 이루어져 배기면적이 정밀하게 조정될 수 있다.
또한 제1 플레이트(61)와 제2 플레이트(62)가 서로 분리되어 독립적으로 설치되므로 열팽창과 반복적인 진동으로 인한 피로누적에 의해 베어링 플레이트(60)에 발생할 수 있는 크랙(crack; 파손)이나 변형에 대비할 수 있다. 또한 베어링 플레이트(60)를 구성하는 부속품들이 볼트로 체결되므로 교체가 용이하다.
상술한 바와 같은 가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐에서는 롤러 베어링(41, 42)이 항상 베어링 가이드(50)와 접촉한 상태를 유지함으로써 롤러 베어링(41, 42)에 가해지는 하중을 분산할 수 있으며, 외부 케이싱(20)의 내부 케이싱(10)에 대한 동심 위치(same centered position)를 유지하며, 외부 케이싱(20)과 내부 케이싱(10) 등의 열변위를 흡수할 수 있다.
도 8은 다른 실시예에 관한 가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐의 일부분을 도시한 측면도이다.
도 8에 나타난 실시예에 관한 가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐에서는 롤러 베어링(141, 142)이 항상 베어링 가이드(150)와 접촉할 수 있도록 베어링 플레이트(160)와 롤러 베어링(141, 142)을 지지하는 베어링축(164, 165)의 사이에 탄성력 부여장치(166, 167)가 설치된다.
롤러 베어링(141, 142)의 각각은 베어링축(164, 165)의 각각의 단부에 회전 가능하게 결합되며 베어링 가이드(150)의 표면을 따라 구름 운동할 수 있도록 배치된다.
베어링 플레이트(160)에는 베어링축(164, 165)의 각각에 삽입될 수 있는 지지축(161, 162)이 결합된다. 지지축(161, 162)의 각각에는 베어링축(164, 165)이 지지축(161, 162)이 연장하는 방향(도면에서 상하 방향)을 따라 지지축(161, 162)에 대해 이동 가능하게 결합된다.
지지축(161, 162)과 베어링축(164, 165)의 사이에는 탄성력 부여장치(166, 167)가 설치된다. 탄성력 부여장치(166, 167)는 베어링축(164)과 베어링 플레이트(160)의 사이에 미리 정해진 크기의 탄성력을 부여하므로, 탄성력 부여장치(166, 167)가 베어링축(164, 165)을 베어링 가이드(150)를 향하는 방향으로 항상 가압한다.
도시된 실시예에서 탄성력 부여장치(166, 167)는 코일형 압축 스프링으로 도시되었으나, 실시예는 탄성력 부여장치(166, 167)의 구성에 의해 제한되지 않으며 탄성력 부여장치(166, 167)는 예를 들어 가스 실린더나 유압 실린더, 또는 가스 실린더 및 유압 실린더의 어느 하나와 스프링의 조합이나, 고무와 같은 탄성력을 갖는 소재 등에 의해 구현될 수 있다.
초기 설치 상태에서 베어링 플레이트(160)와 탄성력 부여장치(166, 167)는 미리 정해진 크기의 탄성력으로 롤러 베어링(141, 142)을 베어링 가이드(150)를 향해 가압하도록 설치된다.
가스 터빈 엔진이 동작하는 동안 내부 케이싱과 베어링 가이드와 외부 케이싱 등이 고온의 가스와 계속적으로 접촉함으로 인해 열팽창을 하면 베어링 가이드(150)도 고온의 열의 영향을 받아 도 8에서 상측 방향으로 팽창되며 변형될 수 있다.
베어링 가이드(150)가 열팽창에 의해 변형되는 동안에도, 탄성력 부여장치(166, 167)는 탄성력을 유지하며 베어링 가이드(150)를 향하여 롤러 베어링(141, 142)을 가압한다. 따라서 가스 터빈 엔진이 동작하는 동안 여러 가지 구성요소들이 고온의 가스와 계속적으로 접촉하여 열팽창에 의해 변형하여도 롤러 베어링(141, 142)이 베어링 가이드(150)와 접촉 상태를 유지하면서 구름 운동을 할 수 있으므로 외부 케이싱의 운동이 원활하게 이루어져 배기면적이 정밀하게 조정될 수 있다.
상술한 실시예들에 대한 구성과 효과에 대한 설명은 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 내부 케이싱 50r: 안내홈
17: 목 부분 166, 167: 탄성력 부여장치
20b: 연결 브라켓 60, 160: 베어링 플레이트
20: 외부 케이싱 61: 제1 플레이트
21: 경사면 62: 제2 플레이트
30: 구동 액추에이터 63: 단부판
31: 유압튜브 64: 지지판
31p: 엔드 캡 65: 관통 구멍
32: 로드 69: 연결판
32f: 연결축 71, 72, 164, 165: 베어링축
38: 유압라인 81, 82: 볼트
41: 제1 롤러 베어링 41, 42, 141, 142: 롤러 베어링
42: 제2 롤러 베어링 161, 162: 지지축
50. 150: 베어링 가이드

Claims (3)

  1. 내부 케이싱;
    상기 내부 케이싱을 둘러싸며 상기 내부 케이싱의 외측에 배치되어 상기 내부 케이싱과의 사이에 유체가 흐르는 통로를 형성하며, 상기 내부 케이싱의 길이 방향을 따라 이동함으로써 상기 통로의 유체가 외부로 배출되는 배기면적을 조절하는 외부 케이싱;
    상기 외부 케이싱에 연결되며 길이가 변화함으로써 상기 외부 케이싱을 이동시키는 구동 액추에이터;
    상기 외부 케이싱에 연결되어 상기 외부 케이싱과 함께 이동하는 롤러 베어링;
    상기 외부 케이싱과 상기 롤러 베어링이 이동하는 동안 상기 롤러 베어링이 회전하도록 상기 롤러 베어링과 접촉한 상태를 유지함으로써 상기 롤러 베어링의 이동하는 경로를 형성하는 베어링 가이드; 및
    일단이 상기 외부 케이싱과 연결되고 타단에 상기 롤러 베어링이 회전 가능하게 결합되어, 상기 롤러 베어링을 상기 베어링 가이드에 대해 가압하여 상기 롤러 베어링을 탄성적으로 지지하는 베어링 플레이트;를 구비하고,
    상기 롤러 베어링은 상기 외부 케이싱의 이동 방향을 따라 복수 개가 배치되며, 복수 개의 상기 롤러 베어링의 각각을 지지하도록 상기 베어링 플레이트도 복수 개가 배치되고,
    복수 개의 상기 베어링 플레이트의 각각은 서로 분리되어 독립적으로 설치되는, 가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 베어링 플레이트는 일단에 상기 롤러 베어링이 회전 가능하게 결합되고 타단이 상기 베어링 플레이트에 결합되는 베어링축을 구비하고,
    복수 개의 상기 롤러 베어링 중 하나를 지지하는 상기 베어링 플레이트는 복수 개의 상기 롤러 베어링 중 다른 하나를 지지하는 상기 베어링축을 관통시키는 관통 구멍을 더 구비하는, 가스 터빈 엔진용 가변 배기 노즐.
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