KR102397026B1 - 회전 기계류를 위한 복수-지점형 장착 시스템 - Google Patents

Abstract

회전 기계류를 지지하기 위한 장착 시스템이 설명된다. 시스템은, 회전 기계류(3, 5, 7)를 장착하기 위한 상측면 및 하측면을 구비하는 베이스 프레임(9)을 포함한다. 메인 지지 부재들(13)의 세트가, 삼각형 배열에 따라 그리고 장착 평면을 한정하는 3-지점형 장착 설비를 형성하도록 배열된다. 더불어, 적어도 일 방향으로 가변 강성(S1, S2)을 갖는 보조 지지 부재들(15)의 세트가, 제공되며 그리고, 베이스 프레임(9)이 과하중에 종속될 때 자체의 강성을 증가시키도록, 그에 따라 메인 지지 부재들(13) 상의 하중을 감소시키도록, 구성되고 배열된다.

Description

회전 기계류를 위한 복수-지점형 장착 시스템{MULTI-POINT MOUNTING SYSTEM FOR ROTATING MACHINERY}

본 개시는 개괄적으로, 가스 터빈 기관들, 전기 모터들, 발전기들, 터보-압축기들 및 이와 유사한 것과 같은, 회전 기계들을 위한 장착 장치들 및 시스템들에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 개시는, 원유 및 가스 산업에서의 사용을 위한 그러한 장착 시스템들 및 장치들에 대한 개선들에 관한 것이다.

특수화된 장착 시스템들이, 상이한 기술 분야에서 다양한 기계류 배열을 위해 개발되어 왔다. 가스 터빈들, 큰 전기 발전기들 및 터보-압축기들과 같은 비교적 큰 대형 기계들을 위한, 특정 기계 설계에 맞춰지는 가운데, 기계류 구성요소들에 강건한 지지 및 안정성을 제공할 수 있는, 장착 시스템들이, 종종 개발되어야만 한다는 것이, 확인되어 왔다. 장착 전략들은 종종, 특정 기계가 작동할 환경 조건에 대해 추가로 고려되어야만 한다.

매우 큰 회전 기계들의 특정 작동 조건들이 특수한 장착 시스템들을 요구하는, 원유 및 가스 산업은, 다수의 예시적인 상황을 제공한다. 회전 기계 설비는 전형적으로, 예를 들어 전기 발전기 또는 터보-압축기와 같은 회전 기계로 이루어지는 부하를 구동하는, 가스 터빈과 같은 원동기를 포함한다. 본 개시의 그리고 첨부 청구항들의 맥락에서, 용어 "터보-압축기"는, 축류 압축기 또는 원심 압축기와 같은, 동적-유형 압축기를 지칭하기 위해 사용된다.

회전 기계들은 종종, 모듈형 설비를 형성하도록, 베이스 플레이트 또는 베이스 프레임 상에 배열된다. 베이스 프레임은 결과적으로, 해양 플랫폼, 또는 선박의 갑판, 또는 임의의 다른 구조물과 같은, 지지 구조물 상에 일반적으로 장착된다.

원유 및 가스 산업에서의 대형 회전 기계들의 전형적인 적용들은, 천연 가스 액화 설비들을 포함한다. 해양 가스전으로부터 추출되는 천연 가스는, 운송 목적으로 냉각되고 액화된다. 냉매들이, 천연 가스를 냉각하고 액화하기 위한 냉각 프로세스에서 처리된다. 가스 터빈 기관들에 의해 구동되는 터보-압축기들이, 냉동 사이클에서 냉매를 처리하기 위해 사용된다. 가스 터빈 기관들은 또한, 전기 에너지 생산 목적으로, 전기 발전기를 구동하기 위해, 사용된다. 대형 회전 터보-압축기들은 또한, 가스 분사 및 가스 끌어올림 용도를 위해 유전 및 가스전에서 사용된다.

이러한 종류의 회전 기계들을 위한 베이스 플레이트들은, 회전 기계들의 하중뿐만 아니라 이들의 작동으로 인한, 높은 정적 및 동적 하중들에 저항하도록 설계되어야만 한다. 동적 하중들은, 기계의 정상적 작동에 관련되는 작동 하중들뿐만 아니라, 우발적 하중 및 환경적 하중을 포함한다. 우발적 하중은, 회전 기계들의 비정상적 작동 상태들로 인한, 예를 들어 터빈 내의 블레이드 손실에 의해 야기되는 불균형으로 인한 것이다. 환경적 하중은, 예를 들어, 회전 기계들이 설치되는 선박 또는 해양 플랫폼 상에서의 파도 및 바람 작용으로 인한 것이다.

그렇지 않으면 평면형의 대략 평평한 선박 갑판이, 파도 작용 또는 다른 진동 및 기계적 응력의 영향 하에서 비틀림 운동을 경험할 수 있으며, 그리고 결과적으로, 회전 기계들이 그 위에 장착되는 베이스 플레이트에 비틀림 운동을 전달할 수 있을 것이다.

비록 육상 적용들에서, 회전 기계들이 통상적으로, 지면 상에 복수-지점형 과고정 시스템(multi-point hyperstatic system)(또한 정적으로 결정 불가능한 또는 정적으로 규정할 수 없는 시스템으로 명명됨)에 의해 장착되지만, 과고정 장착은, 예를 들어 파도 작용 또는 이와 유사한 것으로 인한 이상에 언급된 운동들로 인해, 해양 적용들에서 적당하지 않다.

파도 작용으로 인한 선박 갑판의 비틀림은, 예를 들어, 복수-지점형 과고정 시스템의 장착 지점들이 실제로는 본래 의도되는 장착 평면 밖으로 이동하도록 야기할 수 있다. 이는 결과적으로, 베이스 프레임 또는 베이스 플레이트 상에 장착되는 회전 기계들의 무리의 회전 샤프트들의 오정렬을 야기한다. 구성요소들의 오정렬에 대한 낮은 허용공차를 구비하는 장비의 경우에, 이상의 상황은 치명적일 수 있다.

이상의 문제점을 해소하기 위한 시도에서, 3-지점형 장착 시스템들이 개발된 바 있다. 3-지점형 장착 시스템은, 회전 기계들이 설치되는 상측면 및 3개의 지지 부재가 배열되는 하측면을 구비하는, 베이스 플레이트 또는 베이스 프레임을 포함한다. 지지 부재들은, 선박의 갑판, 또는 해양 플랫폼에, 또는 임의의 다른 지지 구조물 상에 베이스 프레임을 연결한다. 지지 부재들은, 베이스 플레이트의 중심선과 또는 베이스 플레이트의 상측면 상에 배열되는 회전 기계들의 샤프트-라인과, 중심이 일치할 수 있는, 이등변 삼각형의 꼭지점들에 위치하게 된다.

지지 부재의 설계는, 베이스 플레이트와 지지 구조물 사이에 평형을 이루는 연결을 제공하도록 하는 것이다. 이러한 목적으로, 각 지지 부재는, 모든 회전 운동을 허용하지만, 하나의 수평 방향, 즉 베이스 프레임에 평행한 일 방향에서를 제외하고, 모든 병진 운동을 방지하는 제약을 제공한다. 지지 부재에 의해 남겨지는 1 자유도는, 예를 들어, 작동 도중에 터보 기계류에 의해 생성되는 열로 인한, 갑판 또는 다른 지지 구조물에 대한 베이스 프레임의 열적 성장을 허용한다. 이러한 평형을 이루는 연결은, 회전 기계들의 정렬에 부정적으로 영향을 미치는 베이스 프레임 내의 부가적인 응력을 유발하지 않고, 베이스 프레임과 지지 구조물 사이의 임의의 변위를 수용한다. 더불어, 3-지점형 평형을 이루는 연결의 사용은, 자체의 전체 강성을 수정하지 않음에 따라, 지지 구조물의 설계를 단순화한다.

전형적으로, 짐벌들(gimbals), 즉 선회 핀들 상에 장착되는 구형 조인트들, 또는 진동 방지 장착대들이, 이러한 종류의 3-지점형 평형을 이루는 장착 설비들에서 지지 부재들로서 사용될 수 있다.

3-지점형 평형을 이루는 연결 시스템들은, 그러나, 일부 결점을 갖는다. 구체적으로, 전체 정적 및 동적 하중이 단지 3개의 지지 부재에 의해 지지되어야만 하기 때문에, 이러한 지지 부재들은 종종 큰 치수를 갖는다. 파손으로 이어질 수 있는, 과도한 하중이 우발적으로 지지 부재에 작용하게 될 수 있다. 베이스 프레임은, 과도한 편향을 겪을 수 있으며, 또는 불충분한 편평도를 가질 수 있다. 더불어, 터보 기계류 무리가 설치되는, 선박의 갑판, 또는 해양 플랫폼 상의 동적 하중 및 정적 하중은, 3개의 지점에 집중된다.

하중 집중은, 지지 부재 및 갑판이, 정상적 작동 하중뿐만 아니라, 급변 하중 또는 우발적 하중을 견디도록 치수 결정될 것을 요구한다.

이러한 양태들은, 매우 큰 기계 구성요소들의 경우에, 특히 중요하게 된다. 복수-지점형, 과고정 시스템들의 단점들을 회피하도록 하기 위해, 3-지점형 장착 시스템을 사용할 필요성은, 사용될 수 있는 회전 기계들의 치수를 제한한다.

또한, 베이스 플레이트 상에 장착되는 회전 기계들을 둘러싸는 패키지가, 베이스 플레이트에 의해 지지될 수 있으며 그리고 시스템의 전체 중량에 기여할 수 있다. 따라서, 3-지점형 장착 시스템들의 사용은, 베이스 플레이트에 의해 지지되는 무거운 패키지들의 경우에 어려울 수 있으며, 또는 패키지의 최대 치수 및 중량을 제한할 수 있다.

환경-의존 응력들, 즉 외부 환경 요인들에 의해 생성되는 응력들이 또한, 장착 시스템 상에 작용한다. 예를 들어, 바람 또는 파도 운동에 의해 생성되는 힘들이 장착 시스템 상에 힘들을 생성할 수 있다. 3-지점형 장착 시스템들의 경우에, 이러한 부가적인 하중들이 반드시 고려되어야만 한다.

본 개시는, 이상에 기술되는 문제점들 또는 단점들 중 하나 이상에 관한 것이다.

일부 실시예에 따르면, 회전 기계류를 장착하기 위한 상측면 및 하측면을 구비하는 베이스 프레임을 포함하는, 회전 기계류를 지지하기 위한 장착 시스템이, 제공된다. 시스템은, 삼각형 배열에 따라 그리고 장착 평면을 한정하는 3-지점형 장착 설비를 형성하도록 배열되는, 메인 지지 부재들의 세트를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 짐벌들 또는 진동 방지 시스템들이, 메인 지지 부재들로서 사용될 수 있다. 이들은, 3-지점형 장착 시스템을 형성한다. 여기에 개시되는 실시예들에 따르면, 장착 시스템은, 적어도 일 방향으로 가변 강성을 구비하는, 베이스 프레임이 과하중에 종속될 때 자체의 강성을 증가시키도록 구성되고 배열되는, 보조 지지 부재들의 세트를 더 포함한다. 보조 지지 부재들은 따라서, 과-변위가 발생하는 경우에, 메인 지지 부재들 상의 하중을 감소시킨다.

3-지점형 지지 시스템을 형성하는 메인 지지 부재들은 따라서, 정상적인 작동 상태 하에서 발생하는 지지 하중에 대해 치수 결정될 수 있다. 특이하거나 이례적인 하중들이, 반대로, 보조 지지 부재에 의해 취해진다. 이들은, 정상적 작동 상태 하에서, 보조 지지 부재들의 개입이 요구되지 않을 때, 이들이 베이스 프레임 상에 제한된 반작용력을 가하도록, 가변 강성을 갖는다. 반작용력은, 거의 단지 메인 지지 부재들에 의해 지지되며 그리고 그에 따라, 통상적인 평형을 이루는 3-지점형 장착 시스템에 의해 지지되는 것과 같이 거동하여, 그러한 시스템의 특징부들의 장점을 취한다. 메인 지지 부재들이 지지하도록 설계되지 않은, 예외적인 하중이 가해지면, 보조 지지 부재들이 활성화되며 그리고 예외적인 하중을 지탱하는데 메인 지지 부재들과 함께 협력한다.

지극히, 정상적 작동 상태 하에서 3-지점형 장착 시스템으로서 그리고 과하중 상태 하에서 복수-지점형(과고정) 시스템으로서 거동하는, 조합된 장착 시스템이, 그에 따라 달성된다.

다른 양태에 따르면, 지지 구조물 상에 회전 기계들을 지지하기 위한 베이스 프레임을 장착하는 방법이, 여기에 개시된다. 방법은, 뒤따르는 단계들을 포함한다:

메인 지지 부재들이 3-지점형 평형을 이루는 지지 시스템을 형성하도록, 메인 지지 부재들의 세트를 베이스 프레임의 하측면 상에 배열하는 단계;

보조 지지 부재들이 예압 상태(pre-loaded condition)에서 잠금 고정되며 그리고 상기 보조 지지 부재들이 메인 지지 부재들보다 더 낮은 강성을 구비하는 것인, 보조 지지 부재들의 세트를 베이스 프레임의 하측면 상에 배열하는 단계;

메인 지지 부재들이 지지 구조물과 접촉을 이루며 그리고 예압을 받는 보조 지지 부재들이 지지 구조물로부터 이격되도록, 베이스 프레임을 지지 구조물 상에 배치하는 단계;

보조 지지 부재들과 지지 구조물 사이에 접촉을 이루도록, 보조 지지 부재들을 끼우는 단계;

보조 지지 부재들을 잠금 해제하는 단계.

특징부들 및 실시예들이, 이하에 개시되며 그리고, 본 설명의 일체형 부분을 형성하는, 첨부되는 청구항들에 추가로 기술된다. 이상의 간단한 설명은, 뒤따르는 상세한 설명이 더욱 양호하게 이해될 수 있도록 그리고 당해 기술분야에 대한 본 발명의 기여가 더욱 잘 인식될 수 있도록, 본 발명의 다양한 실시예들의 특징적 구성들을 기술한다. 물론, 이하에 설명될 그리고 첨부되는 청구항들에 기술될, 본 발명의 다른 특징적 구성들이 존재한다. 이러한 관점에서, 본 발명의 여러 실시예들을 상세하게 설명하기 이전에, 본 발명의 다양한 실시예들은, 뒤따르는 설명에 기술되거나 뒤따르는 도면에 도시되는, 구성에 대한 세부 사항 및 구성요소들의 배열로 그 자체의 적용이 제한되지 않는다는 것이 이해된다. 본 발명은, 다른 실시예들을 가능하게 하며 그리고 다양한 방식으로 실행 및 수행될 수 있다. 또한, 여기에서 사용되는 어법 및 전문용어는 설명의 목적을 위한 것이며 그리고 제한하는 것으로서 간주되어서는 안 된다는 것을 이해해야 한다.

그에 따라, 당업자는, 본 개시가 기초하게 되는 개념이, 본 발명의 여러 목적을 수행하기 위한, 다른 구조물들, 방법들, 및 시스템들을 설계하기 위한 기초로서 쉽게 활용될 수 있다는 것을, 인식할 것이다. 따라서, 청구항들이, 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는 한, 그러한 균등 구성들을 포함하는 것으로 간주된다는 것이, 중요하다.

본 발명의 개시된 실시예들에 대한 더욱 완전한 인식 및 본 발명의 부수적 이점들 중 많은 부분이, 첨부되는 도면과 관련하여 고려될 때 뒤따르는 상세한 설명을 참조함에 의해 더욱 양호하게 이해됨에 따라, 쉽게 획득될 것이다:
도 1은, 자체에 장착되는 관련 회전 기계류를 동반하는 베이스 프레임의 측면도를 도시하고;
도 2a 및 도 2b는, 제거된 기계들 및 자체의 수정된 실시예를 동반하는, 도 1의 베이스 프레임의 개략적 평면도를 도시하며;
도 3 및 도 4는, 본 개시에 따른 장착 시스템에서의 사용을 위한 진동 방지 장착대들의 예시적 실시예들을 도시하고;
도 5는, 여기에 개시되는 장착 시스템에서 사용될 수 있는, 구형 조인트 또는 짐벌의 단면도를 도시하며;
도 6은, 보조 지지 부재의 예시적 실시예에 대한 예시적 변위-대-하중 선도를 도시하고;
도 7은, 보조 지지 부재의 예시적 실시예에 대한 개략도를 도시한다.

예시적인 실시예들에 대한 뒤따르는 상세한 설명은, 첨부 도면들을 참조한다. 상이한 도면들에서, 동일한 참조 부호들이 동일한 또는 유사한 요소들을 식별한다. 부가적으로, 도면들은 반드시 실척으로 작도되는 것은 아니다. 또한, 뒤따르는 상세한 설명은, 본 발명을 제한하지 않는다. 대신에, 본 발명의 범위는 첨부 특허청구범위에 의해 한정된다.

"일 실시예" 또는 "실시예" 또는 "일부 실시예"에 대한 명세서 전체에 걸친 참조는, 실시예와 연관되어 설명되는 특정 특징적 구성, 구조, 또는 특성이, 개시된 대상의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 명세서 전체에 걸친 여러 개소들에서의 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서" 또는 "일부 실시예에서"와 같은 문구의 출현은, 반드시 동일한 실시예(들)를 참조하는 것은 아니다. 나아가, 특정 특정적 구성들, 구조들 또는 특성들이, 하나 이상의 실시예에서 임의의 적당한 방식으로 조합될 수 있을 것이다.

도 1은, 해양 플랫폼, 선박, 또는 이와 유사한 것 상에 설치될 수 있는, 터보 기계 시스템의 측면도를 개략적으로 도시한다. 일부 실시예에서, 전체로서 참조 부호 '1'로 지시되는 터보 기계 시스템은, 압축기 섹션(3A) 및 터빈 섹션(3B)으로 구성되는, 가스 터빈 기관(3)을 포함할 수 있다. 가스 터빈 기관(3)은, 예를 들어, 터보-압축기 또는 터보-압축기 무리, 전기 발전기, 또는 임의의 다른 회전 부하와 같은, 부하를 구동할 수 있다. 도 1의 예시적 실시예에서, 가스 터빈 기관(3)의 구동 샤프트(4)가, 기어박스(5)를 통해 부하(7)의, 예를 들어, LNG 시스템 냉동 시스템의, 즉 천연 가스의 액화를 위한, 원심 터보-압축기와 같은, 터보-압축기의, 구동 샤프트(6)에 회전 운동을 전달한다.

다른 실시예에서, 2개 이상의 터보-압축기가, 동일한 무리 내에 직렬로 배열될 수 있으며 그리고 동일한 가스 터빈 기관(3)에 의해 구동될 수 있다.

일부 실시예에서, 기어박스(5)는, 생략될 수 있으며 그리고 가스 터빈 기관은 부하에 직접적으로 연결될 수 있다.

부가적인 회전 기계들이, 예를 들어, 회전 기계류 무리의 작동 상태 및 필요성에 따라, 시동기, 보조기(helper) 또는 발전기로서 작동할 수 있는, 가역적 전동기가, 가스 터빈 기관(3)의 고온 단부 또는 저온 단부에 구동적으로 연결될 수 있다.

회전 기계들은, 베이스 프레임 또는 베이스 플레이트(9)의 상측면(9A) 상에 지지된다. 도 1의 예시적 개략도에서, 회전 기계들은, 베이스 프레임(9) 상에 직접적으로 장착된다. 다른 실시예에서, 중간 스키드(skid) 또는 프레임이, 하나 이상의 회전 기계와 베이스 프레임(9) 사이에 배열될 수 있다.

베이스 프레임(9)은, 일반적으로 참조 부호 '11'로 지시되는, 지지 구조물 상에 장착될 수 있다. 전형적으로, 지지 구조물(11)은, 선박의 갑판, 또는 그 밖의 해양 플랫폼일 수 있다. 지지 부재들을 포함하는 장착 설비가, 베이스 프레임(9)의 하측면(9B)과 지지 구조물(11) 사이에 제공된다. 장착 설비는, 이하에 더욱 상세하게 설명될 것으로서, 예를 들어 파도 작용으로 인한 지지 구조물(11)의 휨 변형이 베이스 프레임(9) 상에 장착되는 회전 기계들의 오정렬을 야기하지 않도록, 구성되고 배열된다.

도 1에 대한 참조를 계속하는 가운데, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 장착 설비는 메인 지지 부재들(13)의 세트를 포함한다. 유리하게, 메인 지지 부재들(13)은, 개수가 3개이며 그리고 이등변 삼각형(T)의 꼭지점들에 배열된다. 이등변 삼각형(T)은, 결과적으로, 베이스 프레임(9)(도 2a)의 중심선(CL)에 대해 실질적으로 중심에 놓일 수 있다. 다른 실시예에서, 이등변 삼각형(T)은, 합당한 경우, 예를 들어, 베이스 프레임(9) 상의 부하가 베이스 프레임의 중심선(CL)을 따라 중심에 놓이지 않는 경우, 중심선(CL)에 대해 측방으로 이동하게 될 수 있다. 예를 들어, 가스 터빈 기관(3) 및 압축기(7)는, 베이스 플레이트(9)의 실제 중심선(CL)에 대해 측방으로 이동하게 될 수 있다. 이때, 베이스 프레임(9)의 중심선(CL)에 대해서 대신, 회전 기계들의 샤프트 라인에 대해 이등변 삼각형(T)을 중심에 두는 것이 합당할 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시되는 예시적인 실시예에서, 이등변 삼각형(T)의 꼭지점(Vx)은, 대략 가스 터빈 기관(3)의 중심 아래에 위치하게 된다. 압축기의 회전축에 대해 횡단 방향으로 그리고 압축기에 대해 대략 90°로 연장되는, 이등변 삼각형(T)의 밑변(B)은, 압축기(7) 아래에 위치하게 된다. 이러한 배열은, 따라서 2개의 메인 지지 부재(13)를, 베이스 프레임(9) 상에 장착되는 회전 기계들(3, 5, 7) 중 더 무거운 하나 아래에 제공한다.

일부 실시예에서, 각각의 메인 지지 부재(13)는, 진동 방지 장착대로 구성될 수 있다. 도 2b는, 3개의 진동 방지 장착대(13)를 사용하는 실시예를 개략적으로 도시한다. 양 방향 화살표들이, 도시되는 3개의 진동 방지 장착대(13) 중 2개에 의해 주어지는 자유도를 지시한다. 제3 진동 방지 장착대(13)는 고정되며 그리고 수평 평면에서 어떠한 자유도를 허용하지 않는다. 2개의 다른 진동 방지 장착대(13)에 의해 허용되는 운동은, 예를 들어, 베이스 프레임(9)이 열적 팽창 및 수축을 겪을 필요성에 대해 고려한다.

적당한 진동 방지 장착대들의 개략도가 도 3 및 도 4에 도시되며 그리고 전체적으로 참조 부호 '13X'로 표시된다. 진동 방지 장착대는 일반적으로, 제1 플레이트(13A), 제2 플레이트(13B) 및 이들 사이에 끼이는 중간 탄성층(13C)을 포함한다. 제1 플레이트(13A) 및 제2 플레이트(13B)는, 개별적으로, 베이스 프레임(9)에 그리고 지지 구조물(11)에, 또는 그 반대로, 구속된다. 2개의 플레이트(13A, 13B)는, 상세하게 도시되지 않은, 적당한 체결 부재들에 의해 함께 유지된다. 탄성층(13C)은, 진동을 흡수할 수 있는 임의의 공지된 재료로 제조될 수 있을 것이다. 예를 들어, 탄성층(13C)은, 화재 발생 가능성이 높은 환경에서 사용될 때, 난연 재료로, 예를 들어 탄성 와이어 메쉬로, 이루어질 수 있다.

상 플레이트(13A) 및 하 플레이트(13B)는, 실질적으로 강성일 수 있으며 그리고, 예를 들어 강재를 포함하는, 임의의 공지의 재료로 형성될 수 있다. 진동 방지 장착대는, 2개의 플레이트(13A, 13B) 사이에서 그리고 그에 따라 베이스 프레임(9)과 지지 구조물(11) 사이에서, 베이스 프레임(9)에 평행한, 일 방향으로의 상대적 운동을 허용하도록 설계될 수 있다.

다른 실시예에서, 각각의 메인 지지 부재(13)는, 베이스 프레임(9)에 평행한 하나의 수평 방향으로 조인트의 병진 이동을 허용하며 그리고 다른 방향으로의 병진 이동을 방지하는, 샤프트 상에 장착되는 구형 조인트인, 소위 짐벌로 구성될 수 있다. 도 1 및 도 2a는, 3개의 짐벌들을 사용하는 실시예를 개략적으로 도시한다.

도 5는, 베이스 프레임(9)을 위한 메인 지지 부재(13)로서 적절하게 사용될 수 있는, 짐벌의 단면도를 개략적으로 도시한다. 전체적으로 참조 부호 '13Y'로 표시되는, 도 5의 짐벌은, 상 플랜지(13D) 및 하 플랜지(13E)를 포함한다. 플랜지들(13D, 13E)은, 개별적으로 베이스 프레임(9)에 그리고 지지 구조물(11)에, 볼트 체결될 수 있다. 상 플랜지(13D)는 상부 돌기(13F)에 구속되며 그리고 하 플랜지(13E)는 한 쌍의 하부 돌기(13G)에 구속된다. 구형 조인트(13H)가, 상부 돌기(13F) 상에 그리고, 상부 돌기(13F)와 하부 돌기(13G)를 서로 연결하는, 핀(13I) 상에 장착된다. 상부 돌기(13F) 및 그에 따라 상 플랜지(13D)는, 상부 돌기(13F)와 하부 돌기(13G) 사이의 틈새의 덕택으로, 핀(13I)의 축에 평행하게 제한된 범위만큼, 하부 돌기(13G) 및 하 플랜지(13E)에 대해 이동할 수 있다.

짐벌(13Y)은 따라서, 모든 회전 이동 및 화살표(f13)를 따르는 단지 하나의 병진 이동만을 허용하는, 베이스 프레임(9)과 지지 구조물(11) 사이에 구속을 제공한다.

3개의 메인 지지 부재(13)는, 베이스 프레임(9)이 지지 구조물(11)에 평형을 이루어 연결되도록 그리고 예를 들어 열 팽창으로 인한 지지 구조물(11)에 대한 베이스 프레임(9)의 상대적 이동이 각 메인 지지 부재(13)의 이동 능력에 의해 허용되도록, 베이스 프레임(9)과 지지 구조물(11) 사이에 장착된다. 도 2에서, 각각의 메인 지지 부재(13)에 의해 허용되는 이동들은, 개별적인 양방향 화살표(f13)에 의해 지시된다. 예를 들어, 압축기(7) 아래에 배열되는 2개의 메인 지지 부재(13)는, 중심선(CL)에 대해 그리고 그에 따라 터보 기계 설비의 샤프트 라인에 대해, 횡단 방향으로 이동을 허용한다. 가스 터빈 기관(3) 하부에 위치하게 되는 메인 지지 부재(13)는, 샤프트 라인에 대해 그리고 그에 따라 중심선(CL)에 대해 평행한 방향으로의 병진 이동을 허용한다.

일부 실시예에서, 3개의 메인 지지 부재(13)는, 베이스 프레임(9) 상에 장착되는 장비의 정상적인 작동 도중에 발생할 수 있는, 하중들을 지탱하도록 설계된다. 정상적인 작동은, 예를 들어 회전 기계들 중 임의의 하나의 오작동 및/또는, 기계들의 작동에 관련되지 않는, 해양 적용의 경우에서의 예외적인 바람 또는 파도 활동과 같은 외부 환경 요인으로 인한, 우발적 하중의 부재 시의, 정상적인 상태 하에서의 기계류의 작동으로서 이해되어야 한다.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 장착 시스템은, 베이스 프레임(9)과 지지 구조물(11) 사이에 배열되며 그리고 이들을 서로 연결하는, 보조 지지 부재들(15)의 세트를 더 포함한다. 도 1 및 도 2의 예시적인 실시예에서, 6개의 보조 지지 부재(15)가 제공된다. 다른 실시예에서, 예를 들어 2개 내지 5개 사이의, 6개 미만의 보조 지지 부재가 제공될 수 있으며, 또는 달리 6개 초과의 보조 지지 부재가 예견될 수 있다.

일부 실시예에서, 보조 지지 부재들(15)은, 베이스 프레임(9)의 중심선(CL)에 대해, 또는 베이스 프레임(9) 상에 장착되는 회전 기계들의 샤프트 라인에 대해, 대칭으로 배열된다.

각각의 보조 지지 부재(15)는, 실질적으로 수직 방향으로 지향되는, 즉 베이스 프레임(9)에 실질적으로 직교하는, 지지 반작용력을 제공하도록 설계된다. 수평 방향으로의 반작용력들은 무시할 수 있다. 유리하게, 정상적 작동 상태 하에서, 보조 지지 부재들(15)은, 동일한 방향으로의 메인 지지 부재들(13)의 강성보다 실질적으로 작은, 수직 방향의 강성을 구비한다. 일부 실시예에서, 각 보조 지지 부재(15)의 강성은, 메인 지지 부재들(13)의 강성보다 적어도 약 1/10 정도의 크기로 작다.

일부 실시예에 따르면, 각 보조 지지 부재(15)의 강성은, 비-선형이며 그리고 변형과 더불어 증가한다. 도 6은, 적당한 보조 지지 부재(15)에 대한 가능한 힘-대-변위 선도를 도시한다. 보조 지지 부재(15)에 의해 생성되는 반작용력(F)은, 수평축 상에 작도되는 변위(D)의 함수로서, 수직축 상에 작도된다. 일부 실시예에서, 각 보조 지지 부재(15)는, 적당한 예압 상태에서 장착될 수 있다. 도 6의 선도에 묘사되는 예시적인 상황에서, 보조 지지 부재(15)는, 변위(D1)에 대응하는, 예압(Fp)에 종속된다. 작동 상태 하에서, 보조 지지 부재(15)에 의해 나타나는 구속부에 가해지는 하중들이, D1 및 D2 사이의 변위들을 야기한다. 이러한 작동 범위에서, 보조 지지 부재(15)는, 선형 거동을 구비할 수 있으며 그리고 작은 강성을 구비한다. 작은 강성은, 도 6에서 각도 S1에 의해 나타난다.

보조 지지 부재(15)의 변형(D2)을 넘어서면, 보조 지지 부재의 강성은, 도 6의 곡선의 급경사에 의해 도시되는 바와 같이 증가한다. 도 6의 예시적 실시예에서, 보조 지지 부재(15)는, 변위(D2) 너머에서 더 높은 강성(S2)을 갖는 다른 선형 거동을 보여주는, 힘-변위 특성 곡선을 갖는다. 실시의 관점에서, 이는, 보조 지지 부재(15)가 'D2'를 넘는 변위에 종속되는 경우, 보조 지지 부재(15)가 훨씬 더 강해지며 그리고 더 강한 반작용력을 제공한다는 것을 의미한다.

정상적 작동 상태 하에서, 보조 지지 부재들(15)의 강성이 메인 지지 부재들(13)의 강성보다 실질적으로 더 작기 때문에, 그러한 상태 하에서, 지지 시스템은 전체로서, 즉 베이스 프레임(9)을 지지 구조물(11)에 연결하는 구속력이 메인 지지 부재들(13)에 큰 정도로 제공되는, 실질적으로 평형을 이루는 시스템으로서 거동한다.

예를 들어, 바람 또는 파도 작용과 같은 비정상적 이벤트로 인해, 또는 베이스 프레임(9) 상에 배열되는 회전 기계들 중 하나 이상의 비정상적 작동 상태로 인해, 보조 지지 부재들(15)이 'D2'를 넘는 과-변위를 겪으면, 보조 지지 부재들(15)은, 더 강해지며 그리고, 메인 지지 부재들(13)에 의해 제공되는 반작용력에 합산되는, 더 높은 반작용력을 제공한다. 시스템은, 과고정 상태, 즉 정적으로 미결정된 상태가 되지만, 각 지지 부재(13, 15)에 가해지는 하중은, 단지 메인 지지 부재들(13)만이 제공되었던 경우보다 더 작아진다. 메인 지지 부재는 따라서, 베이스 프레임(9)이 단지 3-지점형 평형을 이루는 지지 시스템에 의해서만 지지되었던 경우에 관하여 그들이 설계되어야만 했던 부하보다, 더 작은 부하를 지지하도록 설계될 수 있다.

도 6의 선도는, 보조 지지 부재(15)의 예시적 실시예에 대한 힘-대-변위 특성 곡선을 도시한다. 도 6의 곡선은, 보조 지지 부재(15)의 작동에 대한 3개의 주된 영역을 보여주며, 그의 ('D1' 보다 더 낮은 변위 값에 대한) 제1 영역은 사용되지 않는다. 작동에 대한 제1 영역 및 제2 영역은, 그러나 'D2' 너머에서 더 강한 거동을 동반하는, 선형 거동의 곡선에 의해, 특징지어진다. 다른 실시예에서, 더욱 복잡함을 동반하는 보조 지지 부재들(15)에서, 비-선형 특성 곡선들이 제공될 수 있다. 보조 지지 부재(15)의 강성이 변위가 증가함에 따라 증가한다는 것이 단지 중요한 것이다.

도 7은, 적당한 증가하는 강성 거동을 구비하는, 보조 지지 부재(15)의 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다. 이러한 예시적인 실시예에서, 보조 지지 부재(15)는, 복수의 탄성 요소를 포함한다. 예를 들어, 3개의 탄성 요소(21, 23, 25)가 제공될 수 있다. 도 7의 개략도에서, 탄성 요소들(21, 23, 25)은, 압축 스프링들로서, 예를 들어 나선형 압축 스프링들로서, 나타난다. 다른 실시예에서, 접시 스프링들(Belleville springs)이 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상이한 스프링들, 예를 들어 나선형 스프링과 접시 스프링의 조합이 사용될 수 있다.

예로서, 도 7에서, 스프링들(21, 23, 25)은, 상부 플랜지(27)와 하부 플랜지(29) 사이에 장착된다. 상부 플랜지(27)는 베이스 프레임(9)에 대한 연결을 위해 구성되며 그리고 하부 플랜지(29)는 지지 구조물(11)에 대한 연결을 위해 구성되고, 또는 그 반대일 수 있다. 연결은, 볼트들, 용접, 나사체결 또는 임의의 다른 적당한 방식에 의한 것일 수 있다. 도 7에서, 2개의 플랜지(27, 29)를 서로 연결하는, 볼트들(26)이, 제공된다.

스프링들(21, 23, 25)은, 보호 하우징들(31, 33, 35) 내에 수용될 수 있다. 보호 하우징들(31, 33, 35)은, 스프링의 신장 및 압축을 허용하도록, 신축형일 수 있다. 스프링(23)은, 볼트들(36)에 의해 예압을 받을 수 있다. 초기 변위(D1)는, 예압 상태 하에서의 변위이며 그리고 볼트들(36)을 나사 체결함에 의해 달성된다. 도 6의 선도에서 'D1' 지점 좌측부의 곡선의 급경사 부분은, 플랜지(29)로부터 멀어지게 지향되는, 하중이 플랜지(27)에 가해질 때의, 보조 지지 부재(15)의 강성 거동을 나타낸다.

도 7에 개략적으로 도시된 바와 같이, 스프링들(21, 23, 25)은, 플랜지들(27, 29)의 상관적인 위치에 의존하여, 상이한 개수의 스프링들이 압축된 또는 부분적으로 압축된 상태에 놓이도록, 상이한 길이를 구비할 수 있다. 도 7의 예시적 실시예에서, 하나의 스프링(23)이 나머지 스프링들(21, 25)보다 더 길다. 도 7의 작동 상태에서, 상부 플랜지(27)와 하부 플랜지(29) 사이의 거리는, 나머지 스프링들(21, 25)이 휴지 상태, 즉 하중을 받지 않는 상태에 놓이는 가운데, 중앙 스프링(23)이 부분적으로 하중을 받도록(압축되는) 하는 것이다. 스프링들(21, 25)의 압축은 단지, 상부 플랜지 및 하부 플랜지(27, 29)의 접근 변위(D2-D1)기 실행된 이후에만 시작한다. 일단 이러한 접근 이동이 발생하면, 3개의 스프링(21, 23, 25)은, 병렬로 작동하며 그리고 보조 지지 부재(15)에 더 높은 강성을 부과한다. 따라서, 스프링들의 추가적인 변형이, 상부 플랜지 및 하부 플랜지(27, 29) 사이에서 더 강한 반작용력을 생성할 것이다.

이상에 설명된 지지 시스템은, 자체에 대한 제한 없이, 평형을 이루는 3-지점형 지지 시스템의 이점들을 제공한다. 특히, 지지 시스템은, 과하게 크기 결정되는 3-지점형 지지 부재들을 설계할 필요 없이, 무거운 회전 기계류를 지지할 수 있게 된다. 3-지점형 지지 부재들은, 실제로, 예를 들어 예외적인 또는 우발적인 작동 상태로 인한 그리고 지지 시스템이 지탱할 수 있어야만 하는, 과하중이, 메인 지지 부재들(13) 및 보조 지지 부재(15)의 조합에 의해 지지되는 가운데, 정상적 작동 상태 하에서 발생하는 하중들을 지지하도록 설계될 수 있다.

이상에 설명된 지지 시스템은 또한, 특히 쉬운 설치를 제공한다. 여기에 개시되는 바와 같은 지지 시스템(13, 15)을 사용하여 지지 구조물(11) 상에 베이스 프레임(9)을 설치하는 방법이, 뒤따르는 것과 같을 수 있다.

베이스 프레임(9)은 우선, 자체의 하측면 상에 메인 지지 부재들(13) 및 보조 지지 부재들(15)을 갖도록 장비된다.

보조 지지 부재들(15)은, 예압을 받게 될 수 있으며 그리고, 베이스 프레임(9)이 단지 3개의 메인 지지 부재(13)에 의해 형성되는 3-지점형 시스템을 사용하여 지지 구조물(11) 상에 설치될 수 있도록 한다.

보조 지지 부재들(15)의 예압은, 중앙 스프링(23)이 부분적으로 압축되도록 하는 상관적인 거리에 상부 플랜지 및 하부 플랜지(27, 29)를 유지하는, 보조 타이 로드 또는 다른 구속 수단에 의해 획득될 수 있다.

베이스 프레임(9) 및 그 위에 장착되는 회전 기계류는 따라서, 통상적인 3-지점형 평형을 이루는 지지 시스템을 갖도록 제공되는 관련 장비 및 표준 베이스 프레임과 지극히 동일한 방식으로, 지지 구조물(11) 상에, 예를 들어, 선박의 갑판 상에 조립될 수 있다.

보조 지지 부재들(15)이 예압을 받게 됨에 따라, 보조 지지 부재들의 수직 연장은, 보조 지지 부재들(15)과 지지 구조물(11) 사이에 접촉이 이루어지지 않도록 한다.

일단 베이스 프레임(9)이 메인 지지 부재들(13)에 의해 형성되는 3-지점형 평형을 이루는 시스템을 사용하여 지지 구조물(11) 상에 정확하게 장착되면, 보조 지지 부재들(15)이, 그에 따라 하부 플랜지(29)와 지지 구조물(11) 사이에 접촉이 이루어지도록, 끼워질 수 있다. 일단 모든 보조 지지 부재들(15)이 정확하게 끼워지면, 구속 부재들이, 부분적으로 하중을 받는 스프링의 탄성력이 지지 구조물(11)에 가해지도록, 보조 지지 부재들(15)로부터 제거된다.

여기에서 설명되는 대상의 개시된 실시예들이 도면에 도시되며 그리고 여러 예시적인 실시예들에 관해 구체적으로 그리고 상세하게 이상에서 완전히 설명되었지만, 많은 수정, 변경 및 생략이, 여기에 기술되는 신규의 교시, 원리 및 개념, 그리고 첨부 청구항들에 인용되는 대상의 이점들로부터 벗어남 없이, 가능하다는 것이, 당업자에게 명백하게 될 것이다. 따라서, 개시된 혁신의 적절한 범위는, 모든 그러한 수정, 변경 및 생략을 포괄하도록, 첨부 청구항들의 가장 넓은 해석에 의해서만 결정되어야 한다. 부가적으로, 임의의 프로세스 또는 방법 단계들의 순서 또는 순차는, 대안적인 실시예들에 따라 변화되거나 또는 순서 재설정될 수 있을 것이다.

Claims (14)

1. 지지 구조물(11)에 회전 기계류를 지지하기 위한 장착 시스템으로서:
   회전 기계류(3, 5, 7)를 장착하기 위한 상측면 및 하측면을 구비하는 베이스 프레임(9);
   상기 지지 구조물(11)과 상기 베이스 프레임(9) 사이에 삼각형 배열에 따라 그리고 장착 평면을 한정하는 3-지점형 장착 설비를 형성하도록 배열되는, 메인 지지 부재들(13)의 세트;
   상기 베이스 프레임(9)에 실질적으로 수직인 방향으로 반작용력을 생성하는 가변 강성(S1, S2)을 갖는 탄성 요소들(21, 23, 25)을 구비하는 보조 지지 부재들(15)의 세트
   를 포함하고,
   상기 보조 지지 부재(15)의 세트는, 상기 베이스 프레임(9)이 정상적 작동 상태의 소정의 하중을 초과하는 과하중을 받아서 상기 베이스 프레임(9)에 수직하는 방향으로 정상적 작동 상태의 소정 변위(D2)를 초과하는 과-변위가 발생하는 경우, 상기 가변 강성(S1, S2)이 증가하여 상기 정상적 작동 상태의 소정의 하중을 초과한 과하중의 적어도 일 부분을 지지하고, 상기 베이스 프레임(9)의 변위가 상기 소정 변위(D2) 이하인 경우, 상기 가변 강성(S1, S2)이 상기 메인 지지 부재들(13)의 강성보다 작은 강성을 갖도록 구성되고,
   상기 보조 지지 부재(15)의 세트는 상기 메인 지지 부재(13)가 배치되어 있는 3-지점형 장착 설비의 위치와는 다른 위치에 배치되는 것인, 회전 기계류를 지지하기 위한 장착 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   메인 지지 부재들(13) 및 보조 지지 부재들(15)은, 베이스 프레임(9)의 하측면에 배열되는 것인, 회전 기계류를 지지하기 위한 장착 시스템.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   정상적 작동 상태 하에서, 보조 지지 부재들(15)은, 메인 지지 부재들(13)의 강성보다 적어도 1/10 정도의 크기로 작은 강성을 구비하는 것인, 회전 기계류를 지지하기 위한 장착 시스템.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 탄성 요소들(21, 23, 25)은 증가하는 압축과 더불어 증가하는 비-선형 강성을 구비하는 것인, 회전 기계류를 지지하기 위한 장착 시스템.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   메인 지지 부재들(13)의 세트는, 실질적으로 평형을 이루는 장착 설비를 형성하는 것인, 회전 기계류를 지지하기 위한 장착 시스템.
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   보조 지지 부재들(15)은, 베이스 프레임(9)의 중심선(CL)에 대해, 또는 베이스 프레임(9) 상에 배열되는 회전 기계류의 샤프트 라인에 대해, 대칭으로 배열되는 것인, 회전 기계류를 지지하기 위한 장착 시스템.
7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   메인 지지 부재들(13)은, 이등변 삼각형(T)의 꼭지점들에 배열되는 것인, 회전 기계류를 지지하기 위한 장착 시스템.
8. 제 7항에 있어서,
   보조 지지 부재들(15)은, 이등변 삼각형(T)의 높이에 대해 대칭으로 배열되는 것인, 회전 기계류를 지지하기 위한 장착 시스템.
9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   각 메인 지지 부재(13)는 적어도 하나의 구형 조인트를 포함하는 것인, 회전 기계류를 지지하기 위한 장착 시스템.
10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    각 메인 지지 부재(13)는 적어도 하나의 진동 방지 장착대를 포함하는 것인, 회전 기계류를 지지하기 위한 장착 시스템.
11. 삭제
12. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    보조 지지 부재들(15)은, 탄력적으로 예압을 받는 것인, 회전 기계류를 지지하기 위한 장착 시스템.
13. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    적어도 2개의 보조 지지 부재(15)를 포함하는 것인, 회전 기계류를 지지하기 위한 장착 시스템.
14. 지지 구조물(11) 상에 회전 기계류를 지지하기 위한 베이스 프레임(9)을 장착하는 방법으로서:
    메인 지지 부재들(13)이 3-지점형 평형을 이루는 지지 시스템을 형성하도록, 메인 지지 부재들(13)의 세트를 베이스 프레임(9)의 하측면 상에 배열하는 단계;
    보조 지지 부재들(15)이 예압 상태에서 잠금 고정되도록, 보조 지지 부재들(15)의 세트를 베이스 프레임(9)의 하측면 상에 배열하는 단계;
    메인 지지 부재들(13)이 지지 구조물(11)과 접촉을 이루며 그리고 예압을 받는 보조 지지 부재들(15)이 지지 구조물(11)로부터 이격되도록, 베이스 프레임(9)을 지지 구조물(11) 상에 배치하는 단계;
    보조 지지 부재들(15)과 지지 구조물(11) 사이에 접촉을 이루도록, 보조 지지 부재들(15)을 끼우는 단계;
    잠금 해제 상태에서 보조 지지 부재들이 메인 지지 부재들(13)의 강성보다 더 작은 강성을 구비하도록, 보조 지지 부재들(15)을 잠금 해제하는 단계
    를 포함하고,
    상기 베이스 프레임(9), 상기 지지 구조물(11), 상기 메인 지지 부재들(13) 및 상기 보조 지지 부재들(15)은 청구항 제1항에 기재된 장착 시스템에 제공되는 것인, 지지 구조물 상에 회전 기계류를 지지하기 위한 베이스 프레임을 장착하는 방법.
    

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