KR102400636B1 - 저온 터빈 베어링 윤활제 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 하우징, 하우징 내부에 배치되고 작동유체의 팽창으로 인한 유체에너지를 물리에너지로 변환시키는 터빈 휠, 터빈 휠의 일측에 직결되어 상기 터빈의 회전에너지를 전달 받는 회전축, 회전축에 연결되어 회전축의 회전에너지를 전달 받아 회전하는 회전자, 회전자의 외측에 배치되어 고정되는 고정자, 회전자의 축방향 및 축방향에 수직한 방향을 지지하는 축베어링 및 회전축의 일측에 직결되고 축베어링 내부로 윤활제가 유입되는 유입로를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 터빈 베어링 윤활제 장치를 제공된다.

Description

저온 터빈 베어링 윤활제 장치 {Low temperature turbine bearing lubricant device}
본 발명은 저온 터빈 베어링 윤활제 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 본 발명에 따르면, 하우징, 하우징 내부에 배치되고 작동유체의 팽창으로 인한 유체에너지를 물리에너지로 변환시키는 터빈 휠, 터빈 휠의 일측에 직결되어 상기 터빈의 회전에너지를 전달 받는 회전축, 회전축에 연결되어 회전축의 회전에너지를 전달 받아 회전하는 회전자, 회전자의 외측에 배치되어 고정되는 고정자, 회전자의 축방향 및 축방향에 수직한 방향을 지지하는 축베어링 및 회전축의 일측에 직결되고 축베어링 내부로 윤활제가 유입되는 유입로를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 터빈 베어링 윤활제 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
일반적으로 터빈장치는 압축기에서 압축되고, 연소기에서 연소과정을 거쳐 생성된 고온 고압의 작동유체가 팽창되어 출력을 발생시킴으로써 열에너지를 회전에너지로 변환시켜 압축기를 구동하고, 압축기의 구동에 의하여 압축된 고압의 가스를 다시 연소기로 보내는 동작을 반복적으로 수행하는 브레이튼 사이클(Brayton Cycle)을 따라 구동된다.
한편, 연소기를 거친 고온 고압의 작동유체는 터빈 임펠러를 고속 회전시키면서, 베어링의 마모를 유발한다.
한편, 이러한 베어링 손상은 베어링의 성능과 수명이 단축되는 등 전체적인 터빈장치의 결함 발생 요인으로 작용한다.
이러한 베어링 손상으로 인하여 발생하는 문제를 해결하기 위하여, 종래에는 윤활제를 주입할 수 있는 별도의 주입로를 제작함으로써 순환시키는 방법에 의하였으나, 별도의 주입로를 설계하는 비용으로 인하여 전체 터빈장치의 생산단가가 상승하고, 유동로 형성에 의하여 터빈장치의 사이즈가 커지는 문제가 있었다.
상술한 종래 터빈 베어링 윤활제 장치의 문제점을 해결하기 위해 일부 국내 및 해외의 관련 업체에서는 주입로가 구비된 윤활제 장치에 대한 연구를 수행한 사례가 있으나, 실제 제품화하기에는 터빈 베어링 윤활제 장치 구조를 구비하기 위해서 소모되는 비용이 과도하거나, 그렇지 않더라도 해당 장치의 제조 단가 대비 효과가 크지 않아 종래 터빈 베어링 윤활제 장치와 비교할 때 시장 경쟁력이 떨어져 본격 상용화된 사례는 찾아볼 수 없었다.
따라서, 상술한 것과 같이 종래기술이 갖는 문제점을 해결할 수 있는 장치 개발이 요구된다.

선행기술문헌 : 국내공개특허 제10-2021-0059495호
본 발명에 의해 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 종래기술의 단점을 보완하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 다음과 같다.
첫째, 회전자가 회전함으로써 손상되지 않는 윤활제 주입로를 구비하는 저온 터빈 베어링 윤활제 장치를 제공하고자 한다.
둘째, 순환유로 내측에서 외측으로 향할수록 점진적으로 그 폭이 좁아지는 형상을 가짐으로써 윤활제가 터빈 내부로 누출되는 것을 방지할 수 있는 저온 터빈 베어링 윤활제 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 하우징, 하우징 내부에 배치되고 작동유체의 팽창으로 인한 유체에너지를 물리에너지로 변환시키는 터빈 휠, 터빈 휠의 일측에 직결되어 상기 터빈의 회전에너지를 전달 받는 회전축, 회전축에 연결되어 회전축의 회전에너지를 전달 받아 회전하는 회전자, 회전자의 외측에 배치되어 고정되는 고정자, 회전자의 축방향 및 축방향에 수직한 방향을 지지하는 축베어링 및 회전축의 일측에 직결되고 축베어링 내부로 윤활제가 유입되는 유입로를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 터빈 베어링 윤활제 장치를 제공된다.
이 때, 유입로는 회전자의 일측과 직결되는 하나의 축베어링과 연결되어 윤활제를 주입하는 제1유입로, 회전자의 타측과 직결되는 다른 축베어링과 연결되어 윤활제를 주입하는 제2유입로를 포함할 수 있다.
또한, 제1유입로 또는 제2유입로와 축베어링을 연결하고 제1유입로 또는 제2유입로로부터 윤활제를 공급받는 커넥션 및 그 일측이 축베어링과 연결되고 축베어링 사이를 순환하며 축베어링에 윤활제를 공급하는 순환유로를 포함할 수 있다.
나아가, 커넥션은 회전자가 회전함으로써 손상되는 것을 방지할 수 있도록 소정의 경사를 가지며 축베어링과 연결될 수 있다.
한편, 순환유로는 회전자가 회전하고 축베어링이 가압됨에 따라 윤활제가 터빈 내부로 누출되는 것을 방지할 수 있도록 점진적으로 그 폭이 넓어지는 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 순환유로는 윤활제가 순환유로 내부로 유입되는 것을 유도하고 윤활제가 터빈 내부로 누출되는 것을 방지할 수 있도록 그 내부로부터 제1스팟까지 제2방향과 제3방향 간 또는 제3방향과 제4방향 간 소정의 경사를 가지며 형성되는 제 1슬로프, 제1스팟으로부터 제2스팟까지 제1방향으로 돌출 형성되는 제1플랫, 제2스팟으로부터 제3스팟까지 제2방향과 제3방향 간 또는 제3방향과 제4방향 간 소정의 경사를 가지며 형성되는 제 2슬로프, 제3스팟으로부터 제4스팟까지 제1방향으로 돌출 형성되는 제2플랫 및 제4스팟으로부터 제5스팟까지 제2방향과 제3방향 간 또는 제3방향과 제4방향 간 소정의 경사를 가지며 형성되는 제3슬로프를 포함할 수 있다.
이 때, 윤활제가 축베어링에 유입될 수 있도록 제2슬로프와 제3슬로프는 동일한 슬로프를 가지고 제1스팟과 제4스팟은 동일 선상에 놓이며 터빈 내부로 윤활제가 누출되는 것을 방지하고 순환유로에서 윤활제가 순환할 수 있도록 제1슬로프는 제2슬로프와 제3슬로프보다 완만한 경사를 가질 수 있다.
본 발명의 추가적인 해결수단은 아래에서 이어지는 설명에서 일부 설명될 것이고, 그 설명으로부터 부분적으로 용이하게 확인할 수 있게 되거나, 또는 본 발명의 실시에 의해 지득될 수 있다.
전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두는 단지 예시적이고 설명을 위한 것이며 청구범위에 기재된 본 발명을 제한하지 않는다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 효과에 대하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일 실시례를 따르는 저온 터빈 베어링 윤활제 장치는 순환유로 내측에서 외측으로 향할수록 점진적으로 그 폭이 좁아지는 형상을 가짐으로써 윤활제가 터빈 내부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도1은 본 발명의 일 실시례에 따르는 저온 터빈 베어링 윤활제 장치의 상세도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따르는 터빈발전기 내 윤활제의 주입 경로를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시례에 따르는 순환유로 및 축베어링의 단면도이다.
도4는 본 발명의 일 실시례에 따르는 순환유로의 상세도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태에 대하여 상세하게 서술하도록 한다.
다만, 본 발명의 구체적인 일 실시 형태를 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다. 다만, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예 들을 포함할 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다.
본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 단지 명세서를 용이하게 작성하기 위해 사용되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미나 역할을 갖는 것은 아니다.
도1은 본 발명의 일 실시례에 따르는 저온 터빈 베어링 윤활제 장치의 상세도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따르는 터빈발전기 내 윤활제의 주입 경로를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따르는 저온 터빈 베어링 윤활제 장치는 하우징(10), 터빈 휠(210), 회전축(215), 회전자(220), 고정자(230), 축베어링(250), 제1열교환모듈, 제2열교환모듈 및 유입로(600)를 포함할 수 있다.
터빈 휠(210)은 하우징(10) 내부에 배치되고 작동유체의 팽창으로 인한 유체에너지를 물리에너지로 변환시킬 수 있다.
회전축(215)은 터빈 휠(210)의 일측에 직결되어 상기 터빈의 회전에너지를 전달 받을 수 있다.
회전자(220)는 회전축(215)에 연결되어 회전축(215)의 회전에너지를 전달 받아 회전할 수 있다.
고정자(230)는 회전자(220)의 외측에 배치되어 고정될 수 있다.
축베어링(250)은 회전자(220)의 축방향 및 축방향에 수직한 방향을 지지할 수 있다.
제1열교환모듈은 터빈 휠(210)의 일측에 배치되어 작동유체를 가열하고 터빈 휠(210)로 작동유체를 유동시킬 수 있다.
제2열교환모듈은 발전기의 타측에 배치되어 회전자(220) 또는 고정자(230)를 경유한 작동유체를 냉각할 수 있다.
유입로(600)는 회전축(215)의 일측에 직결되고 축베어링(250) 내부로 윤활제를 주입할 수 있다.
유입로(600)는 제1유입로(610) 및 제2유입로(620)를 포함할 수 있다.
제1유입로(610)는 회전자(220)의 일측과 직결되는 하나의 축베어링(250)과 연결되어 윤활제를 주입할 수 있다.
제2유입로(620)는 회전자(220)의 타측과 직결되는 다른 축베어링(250)과 연결되어 윤활제를 주입할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시례에 따르는 순환유로(630) 및 축베어링(250)의 단면도이다.
도4는 본 발명의 일 실시례에 따르는 순환유로(630)의 상세도이다.
편의상, 도면 4에 제1방향 내지 제4방향을 도시하였고, 제1방향은 북, 제2방향은 동, 제3방향은 남, 제4방향은 서향에 대응될 수 있다.
다만, 이는 도4에 도시된 순환유로(630)(630)의 내주연의 형상을 설명하기 위해 편의상 방향을 정의한 것일 뿐이다.
유입로(600)는 커넥션(640) 및 순환유로(630)를 더 포함할 수 있다.
커넥션(640)은 제1유입로(610) 또는 제2유입로(620)와 축베어링(250)을 연결하고 제1유입로(610) 또는 제2유입로(620)로부터 윤활제를 공급받을 수 있다.
커넥션(640)은 회전자(220)가 회전함으로써 손상되는 것을 방지할 수 있도록 소정의 경사를 가지며 축베어링(250)과 연결될 수 있다.
순환유로(630)는 그 일측이 축베어링(250)과 연결되고 축베어링(250) 사이를 순환하며 축베어링(250)에 윤활제를 공급할 수 있다.
순환유로(630)는 회전자(220)가 회전하고 축베어링(250)이 가압됨에 따라 윤활제가 터빈 내부로 누출되는 것을 방지할 수 있도록 점진적으로 그 폭이 넓어지는 형상을 가질 수 있다.
순환유로(630)는 제1슬로프(650A), 제2슬로프(650B), 제3슬로프(650C), 제1플랫(660A) 및 제2플랫(660B)을 포함할 수 있다.
보다 상세하게는, 제1슬로프(650A)는 그 내부로부터 제1스팟까지 제2방향과 제3방향 간 또는 제3방향과 제4방향 간 소정의 경사를 가지며 형성될 수 있다.
제1플랫(660A)은, 제1스팟으로부터 제2스팟까지 제1방향으로 돌출 형성될 수 있다.
제2슬로프(650B)는 제2스팟으로부터 제3스팟까지 제2방향과 제3방향 간 또는 제3방향과 제4방향 간 소정의 경사를 가지며 형성될 수 있다.
제2플랫(660B)은 제3스팟으로부터 제4스팟까지 제1방향으로 돌출 형성될 수 있다.
제3슬로프(650C)는 제4스팟으로부터 제5스팟까지 제2방향과 제3방향 간 또는 제3방향과 제4방향 간 소정의 경사를 가지며 형성될 수 있다.
결과적으로, 순환유로(630)는 윤활제가 순환유로(630) 내부로 유입되는 것을 유도하고 윤활제가 터빈 내부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
나아가, 윤활제가 축베어링(250)에 유입될 수 있도록 제2슬로프(650B)와 제3슬로프(650C)는 동일한 슬로프를 가지고 제1스팟과 제4스팟은 동일 선상에 놓이며 터빈 내부로 윤활제가 누출되는 것을 방지하고 순환유로(630)에서 윤활제가 순환할 수 있도록 제1슬로프(650A)는 제2슬로프(650B)와 제3슬로프(650C)보다 완만한 경사를 가질 수 있다.
본 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 본 실시예의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
본 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 따라서 본 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등하거나 균등하다고 인정되는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 - 하우징
200 - 터빈
210 - 터빈 휠
215 - 회전축
220 - 회전자
230 - 고정자
250 - 축베어링
600 - 유입로
610 - 제1유입로
620 - 제2유입로
630 - 순환유로
640 - 커넥션
650A - 제1슬로프
650B - 제2슬로프
650C - 제3슬로프
660A - 제1플랫
660B - 제2플랫

Claims (7)

  1. 하우징;
    상기 하우징 내부에 배치되고 작동유체의 팽창으로 인한 유체에너지를 물리에너지로 변환시키는 터빈 휠;
    상기 터빈 휠의 일측에 직결되어 상기 터빈의 회전에너지를 전달 받는 회전축;
    상기 회전축에 연결되어 상기 회전축의 회전에너지를 전달 받아 회전하는 회전자;
    상기 회전자의 외측에 배치되어 고정되는 고정자;
    상기 회전자의 축방향 및 축방향에 수직한 방향을 지지하는 축베어링;
    상기 터빈 휠의 일측에 배치되어 작동유체를 가열하고 상기 터빈 휠로 작동유체를 유동시키는 제1열교환모듈;
    발전기의 타측에 배치되어 상기 회전자 또는 상기 고정자를 경유한 작동유체를 냉각하는 제2열교환모듈;
    상기 회전축의 일측에 직결되고 상기 축베어링 내부로 윤활제가 유입되는 유입로;
    를 포함하고,

    상기 유입로는
    상기 회전자의 일측과 직결되는 하나의 상기 축베어링과 연결되어 윤활제를 주입하는 제1유입로;
    상기 회전자의 타측과 직결되는 다른 상기 축베어링과 연결되어 윤활제를 주입하는 제2유입로;
    를 포함하고


    상기 유입로는,
    상기 제1유입로 또는 상기 제2유입로와 상기 축베어링을 연결하고 상기 제1유입로 또는 상기 제2유입로로부터 윤활제를 공급받는 커넥션; 및
    그 일측이 상기 축베어링과 연결되고 상기 축베어링 사이를 순환하며 상기 축베어링에 윤활제를 공급하는 순환유로;
    를 포함하고

    상기 순환유로는,
    상기 회전자가 회전하고 상기 축베어링이 가압됨에 따라 윤활제가 터빈 내부로 누출되는 것을 방지할 수 있도록 점진적으로 그 폭이 넓어지고

    상기 순환유로는,
    윤활제가 상기 순환유로 내부로 유입되는 것을 유도하고 윤활제가 터빈 내부로 누출되는 것을 방지할 수 있도록 그 내부로부터 제1스팟까지 제2방향과 제3방향 간 또는 제3방향과 제4방향 간 소정의 경사를 가지며 형성되는 제 1슬로프;
    상기 제1스팟으로부터 제2스팟까지 제1방향으로 돌출 형성되는 제1플랫;
    상기 제2스팟으로부터 제3스팟까지 제2방향과 제3방향 간 또는 제3방향과 제4방향 간 소정의 경사를 가지며 형성되는 제 2슬로프;
    상기 제3스팟으로부터 제4스팟까지 제1방향으로 돌출 형성되는 제2플랫; 및
    상기 제4스팟으로부터 제5스팟까지 제2방향과 제3방향 간 또는 제3방향과 제4방향 간 소정의 경사를 가지며 형성되는 제3슬로프
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 터빈 베어링 윤활제 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 커넥션은
    상기 회전자가 회전함으로써 손상되는 것을 방지할 수 있도록 소정의 경사를 가지며 상기 축베어링과 연결되는 것을 특징으로 하는 저온 터빈 베어링 윤활제 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    윤활제가 상기 축베어링에 유입될 수 있도록 상기 제2슬로프와 상기 제3슬로프는 동일한 슬로프를 가지고 상기 제1스팟과 상기 제4스팟은 동일 선상에 놓이며,
    터빈 내부로 윤활제가 누출되는 것을 방지하고 상기 순환유로에서 윤활제가 순환할 수 있도록 상기 제1슬로프는 상기 제2슬로프와 상기 제3슬로프보다 완만한 경사를 가지는 것을 특징으로 하는 저온 터빈 베어링 윤활제 장치.

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JP2008232124A (ja) * 2007-03-23 2008-10-02 Toyota Industries Corp ターボチャージャーのタービン軸における油切装置、及びその製造方法
KR101703930B1 (ko) * 2015-10-30 2017-02-09 한국생산기술연구원 터빈발전장치
JP6375149B2 (ja) * 2014-06-04 2018-08-15 川崎重工業株式会社 軸受の排油構造

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