KR102375041B1

KR102375041B1 - 스러스트 베어링 및 이를 포함하는 발전설비

Info

Publication number: KR102375041B1
Application number: KR1020200014900A
Authority: KR
Inventors: 김영춘
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2020-02-07
Filing date: 2020-02-07
Publication date: 2022-03-16
Also published as: KR20210100926A

Abstract

본 발명은, 발전설비의 축계에 구비된 스러스트 칼라에 설치되는 스러스트 베어링에 있어서, 상기 스러스트 칼라와 대향하도록 배치되는 베이스; 상기 베이스와 스러스트 칼라의 사이에 배치되는 틸팅패드; 상기 틸팅패드의 상기 베이스 측 대향면에 결합되며, 상기 베이스에 회전 가능하게 결합되는 피봇; 및 일단이 상기 베이스에 결합되고 타단이 상기 틸팅패드에 결합되며, 상기 틸팅패드를 상기 베이스 측으로 가압하는 복원수단을 포함하는 스러스트 베어링을 제공한다.

Description

스러스트 베어링 및 이를 포함하는 발전설비{Thrust bearing and Power generating equipment comprising the same}

본 발명은 스러스트 베어링 및 이를 포함하는 발전설비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 발전설비의 축계를 축방향으로 지지하는 스러스트 베어링 및 이를 포함하는 발전설비에 관한 것이다.

일반적으로, 발전설비란 전기를 생성하기 위한 설비를 의미한다. 이러한 발전설비는, 전자기유도 원리에 기초하여 전기를 생성하는 발전기와, 상기 발전기를 구동시키기 위한 구동력을 발생시키는 동력발생장치를 구비한다. 여기서 동력발생장치는 가스터빈(Gas turbine) 또는 스팀터빈(Steam turbine) 중 하나에 해당될 수 있다. 가스터빈이란 외부로부터 흡입한 공기를 압축시킨 후, 이를 연료와 혼합하여 연소시킴에 따라 생성된 연소가스를 내부로 통과시켜 회전력을 발생시키는 장치를 의미한다. 스팀터빈이란 증기를 내부로 통과시켜 회전력을 발생시키는 장치를 의미한다.

상기 발전기와 동력발생장치는, 각각 축계(Shaft system)에 의해 연결된다. 즉, 발전기는 내부 중심으로 축이 관통 설치되며, 동력발생장치 역시 내부 중심으로 축이 관통 설치된다. 상기 발전기의 축이 상기 동력발생장치의 축과 연결됨에 따라, 상기 동력발생장치에서 발생된 회전 구동력이 상기 동력발생장치의 축을 통하여 상기 발전기의 축으로 전달된다.

상기 축계를 회전 가능하게 지지하기 위하여, 발전설비에는 베어링이 구비된다. 베어링은 스러스트(Thrust) 베어링과 래이디얼(Radial) 베어링으로 나뉘어진다. 스러스트 베어링은, 축계의 외주면에 구비된 스러스트 칼라에 설치되어, 상기 축계를 축방향으로 지지한다. 래이디얼 베어링은, 축계의 저널 부위에 접촉되어, 상기 축계를 반경방향으로 지지한다. 상기 스러스트 베어링과 래이디얼 베어링은, 각각 스러스트 칼라 또는 축계의 저널 부위에 접촉되어, 각각 축계를 축방향 또는 반경방향으로 지지하는 패드를 구비한다.

그 중, 스러스트 베어링은, 축계를 전후 양방향으로 지지하기 위하여, 스러스트 칼라의 전방 및 후방에 패드를 각각 한 쌍으로 구비한다. 따라서 축계가 전방으로 힘을 받는 경우에는 전방의 패드가, 축계가 후방으로 힘을 받는 경우에는 후방의 패드가 축계를 지지하게 된다. 여기서, 축계는, 발전설비의 작동 중 전방과 후방 중 어느 한 쪽으로만 힘을 받으며, 전방과 후방으로 동시에 힘을 받지는 않는다. 따라서 스러스트 베어링은, 전방에 배치된 패드와 후방에 배치된 패드 중 어느 하나만이 스러스트 칼라에 의한 축방향의 부하를 받게 된다.

한편, 종래의 스러스트 베어링에 의하면, 발전설비의 작동 중, 스러스트 칼라에 의해 힘을 받지 않는 측의 패드(무부하측 패드)와 스러스트 칼라 사이에 접촉이 발생됨에 따라, 상기 무부하측 패드와 스러스트 칼라 사이에 불필요한 마찰이 발생되는 문제가 있다.

공개실용신안공보 20-2009-0010920호 ‘수직 펌프 모터의 베어링 오일 쿨러

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 개발된 것으로서, 축방향의 힘을 받지 않는 측의 패드와 스러스트 칼라 사이에 접촉이 발생되는 것을 방지하는 스러스트 베어링 및 이를 포함하는 발전설비를 제공하는 데 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 외부로부터 공기를 흡입하여 압축시키는 압축기와, 상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 연료와 혼합하여 연소시키는 연소기와, 상기 연소기로부터 공급받은 연소가스를 내부로 통과시켜 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 터빈을 포함하는 가스터빈; 상기 가스터빈의 일 측에 설치되며, 상기 가스터빈으로부터 발생된 동력에 기초하여 전기를 생성하는 발전기; 상기 가스터빈과 발전기를 연결하며, 상기 가스터빈으로부터 발생된 동력을 상기 발전기로 전달하는 축계; 상기 축계의 외주면에 설치되는 스러스트 칼라; 및 상기 스러스트 칼라에 설치되며, 상기 축계를 축방향으로 지지하는 스러스트 베어링을 포함하되, 상기 스러스트 베어링은, 상기 스러스트 칼라와 대향하도록 배치되는 베이스와, 상기 베이스와 스러스트 칼라의 사이에 배치되는 틸팅패드와, 상기 틸팅패드의 상기 베이스 측 대향면에 결합되며, 상기 베이스에 회전 가능하게 결합되는 피봇과, 일단이 상기 베이스에 결합되고 타단이 상기 틸팅패드에 결합되며, 상기 틸팅패드를 상기 베이스 측으로 가압하는 복원수단을 포함하는 발전설비를 제공한다.

또한, 본 발명은, 외부로부터 물을 공급받아 증기를 생성하는 보일러와, 상기 보일러로부터 공급받은 증기를 내부로 통과시켜 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 터빈을 포함하는 증기터빈; 상기 증기터빈의 일 측에 설치되며, 상기 증기터빈으로부터 발생된 동력에 기초하여 전기를 생성하는 발전기; 상기 증기터빈과 발전기를 연결하며, 상기 증기터빈으로부터 발생된 동력을 상기 발전기로 전달하는 축계; 상기 축계의 외주면에 설치되는 스러스트 칼라; 및 상기 스러스트 칼라에 설치되며, 상기 축계를 축방향으로 지지하는 스러스트 베어링을 포함하되, 상기 스러스트 베어링은, 상기 스러스트 칼라와 대향하도록 배치되는 베이스와, 상기 베이스와 스러스트 칼라의 사이에 배치되는 틸팅패드와, 상기 틸팅패드의 상기 베이스 측 대향면에 결합되며, 상기 베이스에 회전 가능하게 결합되는 피봇과, 일단이 상기 베이스에 결합되고 타단이 상기 틸팅패드에 결합되며, 상기 틸팅패드를 상기 베이스 측으로 가압하는 복원수단을 포함하는 발전설비를 제공한다.

상기 피봇은, 상기 틸팅패드의 무게중심으로부터 원주방향을 따라 이격된 위치에 배치된다.

본 발명에 따른 스러스트 베어링은, 상기 베이스의 상기 틸팅패드 측 대향면에 결합되며, 상기 피봇이 회전 가능하게 결합되는 지지수단을 더 포함한다.

상기 지지수단은, 상기 베이스에 삽입되는 지지본체와, 상기 지지본체에 결합되며, 상기 피봇이 삽입되고, 상기 틸팅패드의 원주방향 기준 폭이 상기 지지본체보다 작은 결합부재를 포함한다.

상기 복원수단은, 상기 틸팅패드의 원주방향을 따라 서로 이격되도록 배치되는 한 쌍으로 구비된다.

상기 틸팅패드의 원주방향 중, 상기 피봇이 상기 틸팅패드의 무게중심으로부터 이격된 방향을 제1원주방향이라 하고, 상기 제1원주방향의 반대방향을 제2원주방향이라 하였을 때, 상기 복원수단은, 상기 피봇으로부터 제1원주방향을 따라 이격된 위치에 배치되는 제1복원수단과, 상기 피봇으로부터 제2원주방향을 따라 이격된 위치에 배치되는 제2복원수단을 포함한다.

상기 제1복원수단과 제2복원수단은, 상기 틸팅패드의 무게중심으로부터 각각 동일한 거리로 이격 배치된다.

상기 제1복원수단은, 상기 틸팅패드에 가하는 복원력이, 상기 제2복원수단보다 크다.

상기 한 쌍의 복원수단 중 적어도 하나는, 코일스프링이다.

상기 한 쌍의 복원수단 중 적어도 하나는, 판스프링이다.

본 발명에 따른 스러스트 베어링은, 상기 베이스에 설치되며, 상기 틸팅패드에 가하는 상기 복원수단의 복원력을 조절하는 조절수단을 더 포함한다.

상기 베이스는, 상기 복원수단의 일단이 삽입되는 삽입홀이 형성되며, 상기 조절수단은, 상기 베이스 기준 상기 복원수단의 반대 측에서 상기 삽입홀로 삽입되는 조절본체를 포함한다.

상기 조절수단은, 상기 조절본체의 일단에 결합되며, 상기 베이스에 안착되는 안착부재와, 상기 조절본체의 타단에 이동 가능하게 결합되며, 상기 복원수단의 일단을 선택적으로 가압하는 가압부재를 더 포함한다.

본 발명에 따른 스러스트 베어링은, 상기 틸팅패드와 상기 스러스트 칼라의 사이로 오일을 공급하는 오일공급수단을 더 포함한다.

상기 오일공급수단은, 상기 틸팅패드로 오일을 공급하는 오일공급라인과, 상기 오일공급라인에 설치되는 제어밸브와, 상기 오일공급라인으로부터 공급받은 오일을 상기 틸팅패드로 분사하는 분사노즐을 포함한다.

본 발명에 따른 스러스트 베어링은, 상기 틸팅패드에 설치되는 로드셀과, 상기 로드셀로부터 감지 신호를 전달받으며, 상기 로드셀이 상기 스러스트 칼라에 의해 가압되는 경우, 상기 제어밸브를 개방시키는 제어수단을 더 포함한다.

본 발명에 따른 스러스트 베어링 및 이를 포함하는 발전설비에 의하면, 베이스와 틸팅패드의 사이에 복원수단이 개재되고, 상기 복원수단이 틸팅패드를 베이스 측으로 가압함으로써, 틸팅패드가 축방향의 힘을 받지 않는 경우에는 틸팅패드와 스러스트 칼라의 접촉을 원천적으로 차단할 수 있다. 따라서 본 발명에 의하면, 틸팅패드와 스러스트 칼라 사이에 불필요한 마찰이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 스러스트 베어링 및 이를 포함하는 발전설비에 의하면, 틸팅패드가 축방향의 힘을 받지 않는 경우에는 틸팅패드와 스러스트 칼라의 사이로 오일이 공급되는 것을 차단함으로써, 장치의 작동 중 오일이 불필요하게 공급되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 본 발명에 의하면, 장치의 전체 구동효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 발전설비를 나타낸 것으로서, 동력발생장치가 가스터빈인 경우를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 발전설비를 나타낸 것으로서, 동력발생장치가 증기터빈인 경우를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 스러스트 베어링의 틸팅패드를 축계의 축방향을 따라 바라본 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 스러스트 베어링이 스러스트 칼라에 설치된 모습을 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 도 4에 나타낸 스러스트 베어링의 작동을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 스러스트 베어링을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 스러스트 베어링을 나타낸 도면이다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 발전설비(10,20)는, 동력발생장치(11,21), 발전기(12,22), 축계(13,23), 커플링(14,24), 스러스트 칼라(15,25), 래이디얼 베어링(100), 스러스트 베어링(600)을 포함한다. 이하, 상기 동력발생장치(11,21)가 가스터빈(11)인 경우와 증기터빈(21)인 경우로 나눠서 설명하도록 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 발전설비(10)는, 가스터빈(11), 발전기(12), 축계(13), 커플링(14), 스러스트 칼라(15), 래이디얼 베어링(16), 스러스트 베어링(100)을 포함한다.

상기 가스터빈(11)은, 공급받은 연료를 연소시켜 상기 발전기(12)의 구동을 위한 동력을 발생시키는 것으로서, 압축기(11a), 연소기(11b), 터빈(11c)을 포함한다. 상기 압축기(11a)는, 외부로부터 유입된 공기를 압축하여 상기 연소기(11b)로 공급한다. 상기 연소기(11b)는, 상기 압축기(11a)로부터 공급받은 압축공기를 연료와 혼합하여 연소시킨다. 상기 터빈(11c)은, 상기 연소기(11b)로부터 공급받은 연소가스를 내부로 통과시켜, 상기 발전기(12)를 구동시키기 위한 동력을 발생시킨다.

상기 발전기(12)는, 상기 가스터빈(11)의 일 측에 설치되는 것으로서, 상기 가스터빈(11)에 의해 구동한다. 그리고 상기 발전기(12)는, 전자기 유도 원리에 기초하여 전력을 생성한다.

상기 축계(Shaft system; 13)는, 상기 가스터빈(11)에서 발생된 동력을 상기 발전기(12)로 전달하는 것으로서, 가스터빈 축(13a)과 발전기 축(13b)을 포함한다. 상기 가스터빈 축(13a)은, 상기 가스터빈(11)의 중심부를 관통하도록 설치되며, 상기 터빈(11c)의 내부를 통과하는 연소가스에 의해 회전한다. 상기 발전기 축(13b)은, 상기 발전기(12)의 내부를 통과하도록 설치되며, 상기 가스터빈 축(13a)과 연결된다. 그리고 상기 발전기 축(13b)은, 상기 가스터빈 축(13a)의 회전 구동력을 전달받아 회전하며, 상기 발전기(12)를 통해 전력이 생성될 수 있도록 한다.

상기 커플링(14)은, 상기 가스터빈 축(13a)과 상기 발전기 축(13b)의 사이에 설치되며, 상기 가스터빈 축(13a)과 상기 발전기 축(13b)을 서로 연결한다. 따라서 상기 커플링(14)은, 상기 가스터빈 축(13a)으로부터 상기 발전기 축(13b)으로 동력이 전달될 수 있도록 한다.

상기 스러스트 칼라(Thrust collar; 15)는, 상기 축계(13)의 외주면에 설치되는 것으로서, 본 발명에 따른 스러스트 베어링(100)에 의하여 상기 축계(13)가 축방향으로 지지될 수 있도록 한다. 도 1에서는 상기 스러스트 칼라(15)가 상기 가스터빈 축(13a)에 설치된 것으로 도시하고 있으나, 이는 일 예에 불과하며, 상기 스러스트 칼라(15)는 상기 발전기 축(13b)에 설치될 수도 있다.

상기 래이디얼 베어링(Radial journal bearing; 16)은, 상기 축계(13)의 외주면에 설치되며, 상기 축계(13)를 반경방향으로 지지한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 축계(13)는, 상기 가스터빈 축(13a) 및 상기 발전기 축(13b)에 각각 복수개로 구비될 수 있다.

상기 스러스트 베어링(Thrust journal bearing; 100)은, 상기 스러스트 칼라(15)에 설치되며, 상기 축계(15)를 축방향으로 지지한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 스러스트 베어링(100)은, 상기 스러스트 칼라(15)의 축방향 기준 전방과 후방 측에 각각 구비될 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 발전설비(20)는, 증기터빈(21), 발전기(22), 축계(23), 커플링(24), 스러스트 칼라(25), 래이디얼 베어링(26), 스러스트 베어링(100)을 포함한다.

상기 증기터빈(21)은, 내부로 통과되는 증기에 의해 상기 발전기(22)의 구동을 위한 동력을 발생시키는 것으로서, 보일러(21a), 터빈(21b,21c)을 포함한다. 상기 보일러(21a)는, 내부로 공급된 물을 증발시켜 증기를 생성한다. 상기 터빈(21b,21c)은 , 상기 보일러(21a)로부터 공급받은 증기를 내부로 통과시켜, 상기 발전기(22)를 구동하기 위한 동력을 생성한다. 상기 터빈(21b,21c)은, 고압터빈(21b)과 저압터빈(21c)을 포함한다. 상기 고압터빈(21b)은 상기 저압터빈(21c)의 전방에 설치되며, 상기 보일러(21a)로부터 생성된 증기가 내부로 통과한다. 상기 저압터빈(21c)은, 상기 고압터빈(21b)을 통과한 증기가 내부로 통과한다.

상기 발전기(22)는, 상기 증기터빈(21)의 일 측에 설치되는 것으로서, 상기 증기터빈(21)에 의해 구동한다. 그리고 상기 발전기(22)는, 전자기 유도 원리에 기초하여 전력을 생성한다.

상기 축계(Shaft system; 23)는, 상기 증기터빈(21)에서 발생된 동력을 상기 발전기(22)로 전달하는 것으로서, 증기터빈 축(23a)과 발전기 축(23b)을 포함한다. 상기 증기터빈 축(23a)은, 상기 증기터빈(21)의 터빈(21b,21c) 중심부를 관통하도록 설치되며, 상기 터빈(21b,21c)의 내부를 통과하는 증기에 의해 회전한다. 상기 발전기 축(23b)은, 상기 발전기(22)의 내부를 통과하도록 설치되며, 상기 증기터빈 축(23a)과 연결된다. 그리고 상기 발전기 축(23b)은, 상기 증기터빈 축(23a)의 회전 구동력을 전달받아 회전하며, 상기 발전기(22)를 통해 전력이 생성될 수 있도록 한다.

상기 커플링(24)은, 상기 증기터빈 축(23a)과 상기 발전기 축(23b)의 사이에 설치되며, 상기 증기터빈 축(23a)과 상기 발전기 축(23b)을 서로 연결한다. 따라서 상기 커플링(24)은, 상기 가스터빈 축(23a)으로부터 상기 발전기 축(23b)으로 동력이 전달될 수 있도록 한다. 한편, 상기 증기터빈 축(23a)은, 상기 고압터빈(21b)의 내부를 통과하는 고압터빈 축과, 상기 저압터빈(21c)의 내부를 통과하는 저압터빈 축을 포함할 수 있다. 그리고 상기 커플링(24)은, 상기 고압터빈 축과 상기 저압터빈 축의 사이에 설치될 수 있다.

상기 스러스트 칼라(Thrust collar; 25)는, 상기 축계(23)의 외주면에 설치되는 것으로서, 본 발명에 따른 스러스트 베어링(100)에 의하여 상기 축계(23)가 축방향으로 지지될 수 있도록 한다. 도 2에서는 상기 스러스트 칼라(25)가 상기 증기터빈 축(23a)에 설치된 것으로 도시하고 있으나, 이는 일 예에 불과하며, 상기 스러스트 칼라(25)는 상기 발전기 축(23b)에 설치될 수도 있다.

상기 래이디얼 베어링(Radial journal bearing; 26)은, 상기 축계(23)의 외주면에 설치되며, 상기 축계(23)를 반경방향으로 지지한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 축계(23)는, 상기 가스터빈 축(23a) 및 상기 발전기 축(23b)에 각각 복수개로 구비될 수 있다.

상기 스러스트 베어링(Thrust journal bearing; 100)은, 상기 스러스트 칼라(25)에 설치되며, 상기 축계(25)를 축방향으로 지지한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 스러스트 베어링(100)은, 상기 스러스트 칼라(25)의 축방향 기준 전방과 후방 측에 각각 구비될 수 있다.

이하부터는, 도 3 내지 도 8을 참조하여, 본 발명에 따른 스러스트 베어링의 제1 내지 제3실시예에 대해 설명하도록 한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 스러스트 베어링(100)은, 상기 스러스트 칼라(15,25)에 설치되어 상기 축계(13,23)를 축방향으로 지지하기 위한 것으로서, 베이스(110), 지지수단(120), 틸팅패드(130), 피봇(140), 복원수단(150), 오일공급수단(160) 및 제어수단(170)을 포함한다.

여기서, 도 3은 상기 틸팅패드(130)가 상기 축계(13,23)의 원주방향(C)을 따라 배열된 모습을 도시한 것이며, 도 4는 도 3에 나타낸 틸팅패드(130) 중 도면부호 130a로 표시되는 것과 130b로 표시되는 것이 각각 스러스트 칼라(15,25)의 일 측과 타 측에 각각 설치된 모습을 도시한 것이다.

즉, 도 4에서 왼쪽과 오른쪽에 도시된 스러스트 칼라(15,25)는 하나의 스러스트 칼라(15,25)이며, 도 4는 하나의 스러스트 칼라(15,25)를 상기 틸팅패드(130a)와 틸팅패드(130b)가 결합된 부위별로 나누어서 도시한 것이다.

또한, 도 3에서 틸팅패드(130)가 반시계방향으로 회전하는 경우, 상기 스러스트 칼라(15,25) 중 상기 틸팅패드(130a)가 결합되는 부위는 상측으로 회전하고, 상기 틸팅패드(130b)가 결합되는 부위는 하측으로 회전한다. 따라서 도 4에서는 왼쪽의 스러스트 칼라(15,25)가 상측으로, 오른쪽의 스러스트 칼라(15,25)가 하측으로 회전하는 것으로 도시하였다.

한편, 도 4 내지 도 6에서는 스러스트 칼라의 도면 부호를 15로 도시하였으나, 이는 일 예에 불과하며, 도 4 내지 도 6에 도시된 스러스트 칼라의 도면 부호는 25일 수도 있다.

다시 도 4를 참조하면, 상기 베이스(110)는, 상기 스러스트 칼라(15,25)와 대향하도록 배치된다. 상기 스러스트 칼라(15,25)는 상기 축계(13,23)의 외주면에 고리 형상으로 형성될 수 있는데, 상기 베이스(110) 역시 고리 형상으로 형성될 수 있다.

상기 틸팅패드(130)는, 상기 베이스(110)와 스러스트 칼라(15,25)의 사이에 설치된다. 상기 틸팅패드(130)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 축계(13,23)의 원주방향(C)을 따라 서로 이격 배치되는 복수개로 구비될 수 있다. 한편, 상기 틸팅패드(130)에는, 로드셀(Load cell; 131)이 설치될 수 있다. 상기 로드셀(131)은, 상기 로드셀(131)에 가해지는 하중을 감지하는 것으로서, 상기 틸팅패드(130)와 상기 스러스트 칼라(15,25)가 접촉되는지 여부를 감지하게 된다.

상기 피봇(140)은, 상기 틸팅패드(130)의 상기 베이스(110) 측 대향면에 결합되며, 상기 베이스(110)에 회전 가능하게 결합된다. 더욱 상세하게는, 상기 피봇(140)은, 상기 틸팅패드(130)의 무게중심(O)으로부터 상기 축계(13,23)의 원주방향(C)을 따라 이격된 위치에서 상기 틸팅패드(130)에 결합된다.

상기 지지수단(120)은, 상기 베이스(110)의 상기 틸팅패드(130) 측 대향면에 결합되며, 상기 피봇(140)이 회전 가능하게 결합된다. 이에 따라 상기 지지수단(120)은, 상기 틸팅패드(130)를 상기 베이스(110)에 회전 가능하게 결합시킨다.

이를 위하여, 상기 지지수단(120)은, 지지본체(121) 및 결합부재(122)를 포함한다. 상기 지지본체(121)는, 상기 베이스(110)의 상기 틸팅패드(130) 측 대향면에 결합된다. 상기 결합부재(122)는, 상기 지지본체(121)에 결합되며, 상기 피봇(140)이 회전 가능하게 삽입된다. 그리고 상기 결합부재(122)는, 상기 축계(13,23)의 원주방향(C) 기준 폭이, 상기 지지본체(121)보다 작게 형성된다. 따라서 상기 틸팅패드(130)는, 상기 피봇(140)을 중심으로 회전할 시에, 상기 결합부재(122)에 의해 방해를 받지 않게 된다.

상기 복원수단(150)은, 상기 베이스(110)와 상기 틸팅패드(130)의 사이에 배치되며, 일단이 상기 베이스(110)에 결합되고 타단이 상기 틸팅패드(130)에 결합된다. 그리고 상기 복원수단(150)은, 상기 틸팅패드(130)를 상기 베이스(110) 측으로 가압하도록, 상기 틸팅패드(130)에 복원력을 작용시킨다. 이에 따라 상기 복원수단(150)은, 발전설비(10,20)의 작동 중, 상기 틸팅패드(130)가 상기 스러스트 칼라(15,25)에 의해 축방향의 힘을 받지 않는 상황에서, 상기 틸팅패드(130)와 스러스트 칼라(15,25)가 서로 접촉되는 것을 방지한다.

상기 복원수단(150)은, 상기 축계(13,23)의 원주방향(C)을 따라 이격되도록 배치되는 제1복원수단(151) 및 제2복원수단(152)을 포함한다. 상기 축계(13,23)의 원주방향(C) 중, 상기 피봇(140)이 상기 틸팅패드(130)의 무게중심(O)으로부터 이격된 방향을 제1원주방향이라 하고, 상기 제1방향의 반대방향을 제2원주방향이라 하였을 때, 상기 제1복원수단(151)은, 상기 피봇(140)으로부터 상기 제1원주방향을 따라 이격된 위치에 배치되며, 상기 제2복원수단(152)은, 상기 피봇(140)으로부터 상기 제2원주방향을 따라 이격된 위치에 배치된다. 그리고 상기 제1복원수단(151)과 제2복원수단(152)은, 각각 상기 틸팅패드(130)의 무게중심(O)으로부터 각각 동일한 거리로 이격되도록 배치된다.

여기서, 상기 피봇(150)은, 상기 틸팅패드(130)의 무게중심(O)으로부터 제1원주방향으로 이격된 위치에 배치된다. 상기 제1복원수단(151)과 제2복원수단(152)이 구비되지 않는다고 가정하면, 상기 틸팅패드(130)는 상기 피봇(140)을 중심으로 하여 회전하게 되고, 상기 틸팅패드(130)는 상기 베이스(110)를 기준으로 하여 기울어지도록 배치가 된다. 그리고 상기 틸팅패드(130)가 기울어짐에 따라, 상기 틸팅패드(130)는 상기 스러스트 칼라(15,25)와 접촉되어 마찰을 일으키게 된다.

하지만 본 발명과 같이 상기 제1복원수단(151)과 제2복원수단(152)이 구비되는 경우, 상기 제1복원수단(151)과 제2복원수단(152)은 각각 상기 피봇(140)의 상측과 하측에서 상기 틸팅패드(130)에 복원력을 가하게 된다. 따라서 발전설비(10,20)의 작동 중, 상기 스러스트 칼라(15,25)에서 상기 틸팅패드(130)로 부하가 가해지지 않는 경우에 있어서, 상기 제1복원수단(151)과 제2복원수단(152)에 의해 상기 틸팅패드(130)는 상기 베이스(110)와 평행한 상태를 유지하게 된다. 즉, 상기 틸팅패드(130)는, 상기 스러스트 칼라(15,25)와 평행하게 이격된 상태를 유지하게 된다. 따라서 상기 틸팅패드(130)는, 상기 스러스트 칼라(15,25)와 접촉하지 않게 되고, 불필요한 마찰은 발생하지 않게 된다.

한편, 상기 제1복원수단(151)은, 상기 틸팅패드(130)에 가하는 복원력이, 상기 제2복원수단(152)보다 더 크게 설정될 수 있다. 이 경우, 상기 틸팅패드(130)의 자중에 의한 모멘트, 장치의 회전 관성 등을 모두 고려하였을 때의 상기 틸팅패드(130)에 작용되는 모멘트의 총합이 0이 되도록 할 수 있으며, 따라서 상기 틸팅패드(130)가 상기 스러스트 칼라(15,25)에 대하여 평행을 이루면서 이격 배치된 상태를 유지하도록 할 수 있다.

본 발명의 제1실시예에서, 상기 제1복원수단(151) 또는 상기 제2복원수단(152)은, 코일 스프링의 형태로 설계될 수 있다. 코일 스프링이란, 단면이 원형이나 각형의 선재(線材)를 코일 상태로 감아 만든 스프링이다. 여기서, 상기 제1복원수단(151) 또는 상기 제2복원수단(152)에 사용되는 코일 스프링은, 상기 틸팅패드(130)에 복원력을 가하도록(즉, 상기 틸팅패드(130)를 상기 베이스(10) 쪽으로 끌어당기도록), 평형점보다 인장된 상태로 설치될 수 있다.

상기 오일공급수단(160)은, 상기 틸팅패드(130)와 스러스트 칼라(15,25)의 사이로 오일을 공급한다. 이를 위하여, 상기 오일공급수단(160)은, 오일공급라인(161), 제어밸브(162), 분사노즐(163)을 포함한다.

상기 오일공급라인(161)은, 외부로부터 상기 틸팅패드(130)로 오일을 공급한다. 상기 제어밸브(162)는, 상기 오일공급라인(161)에 설치되며, 상기 오일공급라인(161)을 선택적으로 개폐시켜, 상기 틸팅패드(130)로 오일이 공급되는 것을 조절한다. 상기 분사노즐(163)은, 상기 오일공급라인(161)의 출구에 설치된다. 그리고 상기 분사노즐(163)은, 상기 오일공급라인(161)으로부터 공급받은 오일을 상기 틸팅패드(130)로 분사한다.

상기 제어수단(170)은, 상기 로드셀(131)로부터 감지 신호를 전달받는다. 즉, 상기 제어수단(170)은, 상기 틸팅패드(130)와 스러스트 칼라(15,25)가 접촉되는 경우, 해당 정보에 관한 신호를 전달받는다. 그리고 상기 제어수단(170)은, 상기 로드셀(131)로부터 신호를 전달받은 경우 상기 로드셀(131)이 상기 스러스트 칼라(15,25)에 의해 가압되는 상태인 것으로 판단하고, 즉 상기 틸팅패드(130)와 스러스트 칼라(15,25)가 서로 접촉되는 상태인 것으로 판단하고, 상기 제어밸브(162)를 개방시킨다. 이에 따라 상기 제어수단(170)은, 상기 틸팅패드(130)와 스러스트 칼라(15,25) 사이에 접촉이 이루어지는 경우에 있어서, 상기 오일공급라인(161) 및 분사노즐(163)을 통하여 상기 틸팅패드(130)로 오일이 공급될 수 있도록 한다.

반대로, 상기 로드셀(131)로부터 감지 신호를 전달받지 못하는 경우, 또는 상기 로드셀(131)로부터 전달받은 신호에 상기 틸팅패드(130)와 스러스트 칼라(15,25)가 접촉되지 않은 상태라는 정보가 담겨 있는 경우, 상기 제어수단(170)은, 상기 틸팅패드(130)와 스러스트 칼라(15,25) 사이에 접촉이 이루어지지 않은 상태인 것으로 판단하고, 상기 제어밸브(162)를 폐쇄시킨다. 따라서 상기 제어수단(170)은, 상기 오일공급라인(161)을 차단하여, 상기 오일공급라인(161) 및 상기 분사노즐(163)을 통해 상기 틸팅패드(130)로 오일이 공급되는 것을 차단한다.

도 5 및 도 6에서는 본 발명에 따른 스러스트 베어링(100)의 작동에 관해 도시하고 있다. 여기서, 도 5는 왼쪽에서 오른쪽으로 축방향의 힘이 작용하는 경우를 도시하였으며, 도 6은 오른쪽에서 왼쪽으로 축방향의 힘이 작용하는 경우를 도시하였다.

도 5를 참조하면, 왼쪽의 틸팅패드(130a)는 상기 스러스트 칼라(15,25)에 의한 축방향의 힘을 받지 않는다. 따라서 왼쪽의 틸팅패드(130a)는, 상기 제1복원수단(151)과 제2복원수단(152)에 의해, 상기 스러스트 칼라(15,25)로부터 평행하게 이격된 상태를 유지한다. 이때, 왼쪽의 틸팅패드(130a)에 설치된 로드셀(131)은, 아무것도 감지하지 못하므로, 상기 제어수단(170)은 왼쪽의 제어밸브(162)를 폐쇄하여, 왼쪽의 틸팅패드(130a)로 오일이 공급되지 못하도록 한다.

반대로, 도 5에서, 오른쪽의 틸팅패드(130b)는, 상기 스러스트 칼라(15,25)로부터 축방향의 힘을 받는 상태이다. 따라서 오른쪽의 틸팅패드(130b)는, 상기 스러스트 칼라(15,25)에 의한 축방향의 힘, 회전 관성 등에 의해, 상기 피봇(140)을 기준으로 회전된 상태, 즉 상기 스러스트 칼라(15,25)에 대하여 기울어진 상태를 유지하게 된다. 그리고 오른쪽의 틸팅패드(130b)는, 상기 스러스트 칼라(15,25)와 접촉된 상태이므로, 상기 로드셀(131)이 감지한 신호에 기초하여, 상기 제어수단(170)은 오른쪽의 제어밸브(162)를 개방시킨다. 따라서 제어수단(170)은, 오른쪽의 틸팅패드(130b)로 오일이 공급될 수 있도록 한다.

도 6의 경우에도 원리는 동일하다. 도 6을 참조하면, 왼쪽의 틸팅패드(130a)는, 상기 스러스트 칼라(15,25)로부터 축방향의 힘을 받는 상태이다. 따라서 왼쪽의 틸팅패드(130a)는, 상기 스러스트 칼라(15,25)에 의한 축방향의 힘, 회전 관성 등에 의해, 상기 피봇(140)을 기준으로 회전된 상태, 즉 상기 스러스트 칼라(15,25)에 대하여 기울어진 상태를 유지하게 된다. 그리고 왼쪽의 틸팅패드(130a)는, 상기 스러스트 칼라(15,25)와 접촉된 상태이므로, 상기 로드셀(131)이 감지한 신호에 기초하여, 상기 제어수단(170)은 왼쪽쪽의 제어밸브(162)를 개방시킨다. 따라서 제어수단(170)은, 왼쪽의 틸팅패드(130a)로 오일이 공급될 수 있도록 한다.

반대로, 오른쪽의 틸팅패드(130b)는 상기 스러스트 칼라(15,25)에 의한 축방향의 힘을 받지 않는다. 따라서 오른쪽의 틸팅패드(130b)는, 상기 제1복원수단(151)과 제2복원수단(152)에 의해, 상기 스러스트 칼라(15,25)로부터 평행하게 이격된 상태를 유지한다. 이때, 오른쪽의 틸팅패드(130b)에 설치된 로드셀(131)은, 아무것도 감지하지 못하므로, 상기 제어수단(170)은 오른쪽의 제어밸브(162)를 폐쇄하여, 오른쪽의 틸팅패드(130b)로 오일이 공급되지 못하도록 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 스러스트 베어링(100) 및 이를 포함하는 발전설비(10,20)에 의하면, 틸팅패드(130)가 축방향의 힘을 받지 않는 경우에는 틸팅패드(130)와 스러스트 칼라(15,25)의 사이로 오일이 공급되는 것을 차단함으로써, 장치의 작동 중 오일이 불필요하게 공급되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 본 발명에 의하면, 장치의 전체 구동효율을 향상시킬 수 있다.

이하부터는, 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 제2 및 제3실시예에 관해 설명하도록 한다. 이때, 본 발명의 제1실시예와 차이가 있는 부분에 대해서만 설명하도록 한다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 스러스트 베어링(200)은, 복원수단(250)의 제1복원수단(251) 또는 제2복원수단(252)이 판스프링의 형태로 구비될 수 있다. 즉, 제1복원수단(251) 또는 제2복원수단(252)은, 판형으로 형성되며, 일단이 상기 베이스(110)에 삽입되고 타단이 상기 틸팅패드(130)에 삽입될 수 있다. 그리고 상기 제1복원수단(251) 또는 제2복원수단(252)은, 타단이 휘어진 곡면을 이루도록 형성될 수 있다. 따라서 제1복원수단(251) 또는 제2복원수단(252)은, 상기 틸팅패드(130)에 대해 복원력을 가하게 된다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 스러스트 베어링(300)은, 조절수단(380)을 더 포함한다.

상기 조절수단(380)은, 상기 베이스(110)에 설치되며, 복원수단(350)의 제1복원수단(351) 또는 제2복원수단(352)이 상기 틸팅패드(130)에 가하는 복원력을 조절한다. 이를 위하여, 상기 조절수단(380)은, 조절본체(381), 안착부재(382), 가압부재(383)를 포함한다.

상기 조절본체(381)는, 상기 베이스(110)를 축방향(X)으로 관통하는 삽입홀(111)로 삽입된다. 상기 삽입홀(111)에는 상기 복원수단(350)의 일단이 삽입되는데, 상기 조절본체(381)는 상기 베이스(110)를 기준으로 하였을 때의 상기 복원수단(350)의 반대 측에서 상기 삽입홀(111)로 삽입된다. 그리고 상기 조절본체(381)는, 일단이 상기 베이스(110)의 외부로 노출되고, 타단이 상기 복원수단(350)의 일단을 향하도록 배치된다.

상기 안착부재(382)는, 상기 조절본체(381)의 일단에 결합되며, 상기 베이스(110)에 안착된다. 따라서 상기 안착부재(382)는, 상기 조절본체(381)가 상기 삽입홀(111)로 계속 삽입되는 것을 방지한다.

상기 가압부재(383)는, 상기 조절본체(381)의 타단에 축방향(X)을 따라 이동 가능하게 결합된다. 그리고 상기 가압부재(383)는, 상기 복원수단(350)의 일단을 선택적으로 가압하여, 상기 복원수단(350)의 상기 틸팅패드(130)에 대한 복원력을 조절한다.

이에 따라 상기 조절수단(380)은, 상기 제1복원수단(350)과 제2복원수단(352)의 복원력을 고려한 상기 틸팅패드(130)의 모멘트의 합이 0에 보다 더 근접하도록 하여, 상기 틸팅패드(130)가 상기 스러스트 칼라(15,25)와 평행하게 이격된 상태를 유지할 수 있도록 한다.

10,20 : 발전설비 11 : 가스터빈
21 : 증기터빈 12,22 : 발전기
13,23 : 축계 14,24 : 커플링
15,25 : 스러스트 칼라 100,200,300 : 스러스트 베어링

Claims

발전설비의 축계에 구비된 스러스트 칼라에 설치되는 스러스트 베어링에 있어서,
상기 스러스트 칼라와 대향하도록 배치되는 베이스;
상기 베이스와 스러스트 칼라의 사이에 배치되는 틸팅패드;
상기 틸팅패드의 상기 베이스 측 대향면에 결합되며, 상기 베이스에 회전 가능하게 결합되는 피봇; 및
일단이 상기 베이스에 결합되고 타단이 상기 틸팅패드에 결합되며, 상기 틸팅패드를 상기 베이스 측으로 가압하는 복원수단을 포함하고,
상기 피봇은,
상기 틸팅패드의 무게중심으로부터 원주방향을 따라 이격된 위치에 배치되며,
상기 틸팅패드의 원주방향 중, 상기 피봇이 상기 틸팅패드의 무게중심으로부터 이격된 방향을 제1원주방향이라 하고, 상기 제1원주방향의 반대방향을 제2원주방향이라 하였을 때,
상기 복원수단은,
상기 피봇으로부터 제1원주방향을 따라 이격된 위치에 배치되는 제1복원수단과,
상기 피봇으로부터 제2원주방향을 따라 이격된 위치에 배치되는 제2복원수단을 포함하는 스러스트 베어링.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 베이스의 상기 틸팅패드 측 대향면에 결합되며, 상기 피봇이 회전 가능하게 결합되는 지지수단을 더 포함하는 스러스트 베어링.
청구항 3에 있어서,
상기 지지수단은,
상기 베이스에 삽입되는 지지본체와,
상기 지지본체에 결합되며, 상기 피봇이 삽입되고, 상기 틸팅패드의 원주방향 기준 폭이 상기 지지본체보다 작은 결합부재를 포함하는 스러스트 베어링.
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 제1복원수단과 제2복원수단은, 상기 틸팅패드의 무게중심으로부터 각각 동일한 거리로 이격 배치된 스러스트 베어링.
청구항 1에 있어서,
상기 제1복원수단은, 상기 틸팅패드에 가하는 복원력이, 상기 제2복원수단보다 큰 스러스트 베어링.
청구항 1에 있어서,
상기 제1복원수단과 제2복원수단 중 적어도 하나는, 코일스프링인 스러스트 베어링.
청구항 1에 있어서,
상기 제1복원수단과 제2복원수단 중 적어도 하나는, 판스프링인 스러스트 베어링.
청구항 1에 있어서,
상기 베이스에 설치되며, 상기 틸팅패드에 가하는 상기 복원수단의 복원력을 조절하는 조절수단을 더 포함하는 스러스트 베어링.
청구항 11에 있어서,
상기 베이스는, 상기 복원수단의 일단이 삽입되는 삽입홀이 형성되며,
상기 조절수단은,
상기 베이스 기준 상기 복원수단의 반대 측에서 상기 삽입홀로 삽입되는 조절본체를 포함하는 스러스트 베어링.
청구항 12에 있어서,
상기 조절수단은,
상기 조절본체의 일단에 결합되며, 상기 베이스에 안착되는 안착부재와,
상기 조절본체의 타단에 이동 가능하게 결합되며, 상기 복원수단의 일단을 선택적으로 가압하는 가압부재를 더 포함하는 스러스트 베어링.
청구항 1에 있어서,
상기 틸팅패드와 상기 스러스트 칼라의 사이로 오일을 공급하는 오일공급수단을 더 포함하는 스러스트 베어링.
청구항 14에 있어서,
상기 오일공급수단은,
상기 틸팅패드로 오일을 공급하는 오일공급라인과,
상기 오일공급라인에 설치되는 제어밸브와,
상기 오일공급라인으로부터 공급받은 오일을 상기 틸팅패드로 분사하는 분사노즐을 포함하는 스러스트 베어링.
청구항 15에 있어서,
상기 틸팅패드에 설치되는 로드셀과,
상기 로드셀로부터 감지 신호를 전달받으며, 상기 로드셀이 상기 스러스트 칼라에 의해 가압되는 경우, 상기 제어밸브를 개방시키는 제어수단을 더 포함하는 스러스트 베어링.
외부로부터 공기를 흡입하여 압축시키는 압축기와, 상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 연료와 혼합하여 연소시키는 연소기와, 상기 연소기로부터 공급받은 연소가스를 내부로 통과시켜 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 터빈을 포함하는 가스터빈;
상기 가스터빈의 일 측에 설치되며, 상기 가스터빈으로부터 발생된 동력에 기초하여 전기를 생성하는 발전기;
상기 가스터빈과 발전기를 연결하며, 상기 가스터빈으로부터 발생된 동력을 상기 발전기로 전달하는 축계;
상기 축계의 외주면에 설치되는 스러스트 칼라; 및
상기 스러스트 칼라에 설치되며, 상기 축계를 축방향으로 지지하는 스러스트 베어링을 포함하되,
상기 스러스트 베어링은,
상기 스러스트 칼라와 대향하도록 배치되는 베이스와,
상기 베이스와 스러스트 칼라의 사이에 배치되는 틸팅패드와,
상기 틸팅패드의 상기 베이스 측 대향면에 결합되며, 상기 베이스에 회전 가능하게 결합되는 피봇과,
일단이 상기 베이스에 결합되고 타단이 상기 틸팅패드에 결합되며, 상기 틸팅패드를 상기 베이스 측으로 가압하는 복원수단을 포함하고,
상기 피봇은,
상기 틸팅패드의 무게중심으로부터 원주방향을 따라 이격된 위치에 배치되며,
상기 틸팅패드의 원주방향 중, 상기 피봇이 상기 틸팅패드의 무게중심으로부터 이격된 방향을 제1원주방향이라 하고, 상기 제1원주방향의 반대방향을 제2원주방향이라 하였을 때,
상기 복원수단은,
상기 피봇으로부터 제1원주방향을 따라 이격된 위치에 배치되는 제1복원수단과,
상기 피봇으로부터 제2원주방향을 따라 이격된 위치에 배치되는 제2복원수단을 포함하는 발전설비.
외부로부터 물을 공급받아 증기를 생성하는 보일러와, 상기 보일러로부터 공급받은 증기를 내부로 통과시켜 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 터빈을 포함하는 증기터빈;
상기 증기터빈의 일 측에 설치되며, 상기 증기터빈으로부터 발생된 동력에 기초하여 전기를 생성하는 발전기;
상기 증기터빈과 발전기를 연결하며, 상기 증기터빈으로부터 발생된 동력을 상기 발전기로 전달하는 축계;
상기 축계의 외주면에 설치되는 스러스트 칼라; 및
상기 스러스트 칼라에 설치되며, 상기 축계를 축방향으로 지지하는 스러스트 베어링을 포함하되,
상기 스러스트 베어링은,
상기 스러스트 칼라와 대향하도록 배치되는 베이스와,
상기 베이스와 스러스트 칼라의 사이에 배치되는 틸팅패드와,
상기 틸팅패드의 상기 베이스 측 대향면에 결합되며, 상기 베이스에 회전 가능하게 결합되는 피봇과,
일단이 상기 베이스에 결합되고 타단이 상기 틸팅패드에 결합되며, 상기 틸팅패드를 상기 베이스 측으로 가압하는 복원수단을 포함하고,
상기 피봇은,
상기 틸팅패드의 무게중심으로부터 원주방향을 따라 이격된 위치에 배치되며,
상기 틸팅패드의 원주방향 중, 상기 피봇이 상기 틸팅패드의 무게중심으로부터 이격된 방향을 제1원주방향이라 하고, 상기 제1원주방향의 반대방향을 제2원주방향이라 하였을 때,
상기 복원수단은,
상기 피봇으로부터 제1원주방향을 따라 이격된 위치에 배치되는 제1복원수단과,
상기 피봇으로부터 제2원주방향을 따라 이격된 위치에 배치되는 제2복원수단을 포함하는 발전설비.