KR102502368B1 - 회전 기계용 장착 시스템 - Google Patents

회전 기계용 장착 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102502368B1
KR102502368B1 KR1020170171100A KR20170171100A KR102502368B1 KR 102502368 B1 KR102502368 B1 KR 102502368B1 KR 1020170171100 A KR1020170171100 A KR 1020170171100A KR 20170171100 A KR20170171100 A KR 20170171100A KR 102502368 B1 KR102502368 B1 KR 102502368B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
base frame
mounting system
support member
support
support structure
Prior art date
Application number
KR1020170171100A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180070477A (ko
Inventor
자코포 바르살리
발렌티나 비시오
엠마누엘레 체칼씨
프란체스코 카판니
로베르토 메를로
Original Assignee
누보 피그노네 테크놀로지 에스알엘
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 누보 피그노네 테크놀로지 에스알엘 filed Critical 누보 피그노네 테크놀로지 에스알엘
Publication of KR20180070477A publication Critical patent/KR20180070477A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102502368B1 publication Critical patent/KR102502368B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16M—FRAMES, CASINGS OR BEDS OF ENGINES, MACHINES OR APPARATUS, NOT SPECIFIC TO ENGINES, MACHINES OR APPARATUS PROVIDED FOR ELSEWHERE; STANDS; SUPPORTS
    • F16M1/00—Frames or casings of engines, machines or apparatus; Frames serving as machinery beds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/28—Supporting or mounting arrangements, e.g. for turbine casing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/04—Antivibration arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/022—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using dampers and springs in combination
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/04—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means
    • F16F15/06—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means with metal springs
    • F16F15/067—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means with metal springs using only wound springs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16M—FRAMES, CASINGS OR BEDS OF ENGINES, MACHINES OR APPARATUS, NOT SPECIFIC TO ENGINES, MACHINES OR APPARATUS PROVIDED FOR ELSEWHERE; STANDS; SUPPORTS
    • F16M1/00—Frames or casings of engines, machines or apparatus; Frames serving as machinery beds
    • F16M1/04—Frames or casings of engines, machines or apparatus; Frames serving as machinery beds for rotary engines or similar machines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16M—FRAMES, CASINGS OR BEDS OF ENGINES, MACHINES OR APPARATUS, NOT SPECIFIC TO ENGINES, MACHINES OR APPARATUS PROVIDED FOR ELSEWHERE; STANDS; SUPPORTS
    • F16M5/00—Engine beds, i.e. means for supporting engines or machines on foundations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16M—FRAMES, CASINGS OR BEDS OF ENGINES, MACHINES OR APPARATUS, NOT SPECIFIC TO ENGINES, MACHINES OR APPARATUS PROVIDED FOR ELSEWHERE; STANDS; SUPPORTS
    • F16M7/00—Details of attaching or adjusting engine beds, frames, or supporting-legs on foundation or base; Attaching non-moving engine parts, e.g. cylinder blocks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
    • B63B2035/4433—Floating structures carrying electric power plants
    • B63B2035/444—Floating structures carrying electric power plants for converting combustion energy into electric energy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/70—Application in combination with
    • F05D2220/76—Application in combination with an electrical generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/60—Assembly methods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05D2240/91—Mounting on supporting structures or systems on a stationary structure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)
  • Automobile Manufacture Line, Endless Track Vehicle, Trailer (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

연근해 설비의 지지 구조체 상에서 회전 기계를 지지하는 장착 시스템으로서, 회전 기계를 장착하기 위한 상측부 및 하측부가 마련된 베이스 프레임과, 베이스 프레인의 하측부에 배치되고 장착 상태에서 지지 구조체와 베이스 프레임 사이의 중간층 또는 프레임으로서 작용하도록 지지 구조체 상에 배치되도록 된 적어도 4개의 지지 부재로 이루어진 세트를 포함하는 장착 시스템이 제공된다. 장착 부재는, 하중을 받을 때에 반력을 생성하고, 지지 구조체가 변형되는 경우에 허용 가능한 한계보다 낮은 베이스 프레임 응력 및/또는 변형율을 전달하도록 구성되는 탄성 요소를 포함하고; 베이스 프레임은, 예컨대 회전 기계 정렬, 말단 포인트나 인터페이스 포인트 변위, 동적 거동 등의 파라메터를 위한 설계 허용 기준을 보장하도록 하는 강성을 갖는다.

Description

회전 기계용 장착 시스템{MOUNTING SYSTEM FOR ROTATING MACHINERY}
여기에 개시된 보호대상의 실시예는 일반적으로, 가스 터빈 엔진, 전기모터, 발전기, 터보압축기 등과 같은 회전 기계용 장착 장치 및 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 연근해 시설에서의 오일 및 가스 산업에 사용하기 위한 장착 시스템 및 장치에 대한 개선에 관한 것이다.
다른 기술 분야의 다양한 기계 장치를 위해 특별한 장착 시스템이 개발되어 왔다. 가스 터빈, 대형 발전기 및 터보압축기와 같은 비교적 대형의 벌키한 기계를 위해서는 특정 기계 디자인에 맞춰지면서, 통상 기계 부품을 강건하게 지지할 수 있고 기계 부품에 안정성을 제공할 수 있는 장착 시스템이 개발되어야만 한다. 장착 전략은 통상, 특정 기계가 작동되는 환경 조건을 더 고려해야만 한다.
오일 및 가스 산업은, 매우 큰 회전 기계의 특정 작동 조건이 특별한 장착 시스템을 요구하는 여러 예시적인 사례를 제공한다. 회전 기계 구성은 통상적으로, 가스 터빈이나 전기 모터와 같이, 회전 기계, 예컨대 발전기나 터보압축기로 이루어진 부하를 구동하는 원동기를 포함한다. 본 설명 및 첨부된 청구범위의 관점에서, "터보압축기"라는 용어는 축류 압축기 또는 원심 압축기와 같은 동적 타입 압축기를 지칭하는 데 사용된다.
회전 기계는 통상 베이스 플레이트 또는 베이스 프레임 상에 배치되어, 단일 모듈 구성을 형성한다. 베이스 프레임은 종국에는 연근해 플랫폼이나 선박의 데크 또는 일반적으로 임의의 다른 강제 구조체와 같은 지지 구조체 상에 장착된다.
오일 및 가스 산업에서의 대형 회전 기계의 전형적인 어플리케이션은 천연가스 액화 설비를 포함한다. 연근해 가스전으로부터 시추된 천연가스는 운송을 목적으로 냉각 및 액화된다. 냉각제는 천연가스의 냉각 및 액화를 위해 냉각 프로세스에서 처리된다. 가스 터빈 엔진에 의해 구동되는 터보압축기는 냉각 사이클에서 냉각제를 처리하기 위해 사용된다. 가스 터빈 엔진은 또한 발전기를 구동하기 위한 전기 에너지 생산을 목적으로 사용된다. 대형 회전 터보압축기는 또한 가스 분사 및 가스 리프트 어플리케이션을 위해 유전 및 가스전에서 사용된다.
이러한 유형의 회전 기계를 위한 베이스 플레이트는 회전 기계의 부하와 그 작동으로 인한 높은 정적 및 동적 하중에 저항하도록 설계되어야만 한다. 동적 하중은 돌발적인 하중 및 환경 하중뿐만 아니라 기계의 정상 작동에 관련된 작동 하중을 포함한다. 전자는 회전 기계의 비정상적인 하중, 예컨대 터빈에서의 블레이드 손실에 의해 유발되는 불균형이나 폭발과 같은 극단적인 사고로 인한 것이다.
후자는, 예컨대 선박 또는 연근해 플랫폼에 대한 파도나 바람의 작용 또는 회전 기계가 설치되는 고정 플랫폼의 경우에는 지진으로 인한 것일 수 있다.
이와 달리 평탄하고, 거의 평면형인 선박 데크는 파도 작용이나 다른 진동 및 기계적 응력의 영향을 받아 토션 동작을 경험할 수 있고, 이에 따라 회전 기계가 장착되는 베이스 플랫폼에 토션 동작을 전달할 수 있다.
연근해 어플리케이션에서는 회전 기계가 통상 지상에 있는 멀티포인트 하이퍼스태틱 시스템(multi-point, hyperstatic system)(정적으로 결정 불가능하거나 정적으로 불확정적인 시스템이라고도 함)에 의해 장착되지만, 하이퍼스태틱 장착은, 예컨대 파도 작용 등으로 인한 전술한 동작으로 인해 연근해 어플리케이션에서는 부적절한 것으로 일반적으로 간주된다.
예컨대 파도 작용으로 인한 선박 데크의 트위스팅은 멀티포인트 하이퍼스태틱 시스템의 장착 포인트가 사실상 원래 의도된 장착 평면 외측으로 이동하게 할 수 있다. 이것은 결국에는 베이스 프레임이나 베이스 플레이트 상에 장착된 회전 기계에 있는 트레인의 회전 샤프트의 오정렬을 유발한다. 부품의 오정렬에 대한 공차가 낮은 장비의 경우, 상기 상황은 치명적일 수 있다.
상기 문제를 해결하기 위한 노력의 일환으로, 3-포인트 장착 시스템이 개발되었다. 3-포인트 장착 시스템은 회전 기계가 설치되는 상면과 3개 지지 부재가 배치되는 하면을 갖는 베이스 플레이트나 베이스 프레임을 포함한다. 지지 부재는 베이스 프레임을 선박 데크나 연근해 플랫폼에 또는 임의의 다른 지지 구조체 상에 연결한다. 지지 부재는, 베이스 플레이트의 중심선이나 베이스 플레이트의 상부에 배치되는 회전 기계의 샤프트 라인 또는 무게중심 축선과 센터링될 수 있는 삼각형의 꼭지점에 배치된다.
지지 부재의 디자인은 베이스 플레이트와 지지 구조체 간의 정수압 연결(isostatic connection)을 제공하도록 되어 있다. 이러한 목적으로, 각각의 지지 부재는 모든 회전 이동을 허용하기 위한 제약을 제공한다. 2개의 지지 부재는 일방향으로 슬라이딩하지만, 하나의 지지 부재는 병진 이동에 있어서도 또한 고정된다. 2개의 슬라이딩 지지 부재 각각에 의해 주어지는 단일 자유도는, 예컨대 작동 중에 터보기계류에 의해 발생되는 열로 인한, 데크 또는 다른 지지 구조체에 대한 베이스 프레임의 열적 성장을 허용한다. 이러한 정수압 연결은 회전 기계의 정렬에 악영향을 주는 베이스 프레임에서의 추가의 변형을 유도하는 일 없이 베이스 프레임과 지지 구조체 간의 임의의 변위를 수용한다. 더욱이, 3-포인트 정수압 연결의 이용은 지지 구조체의 전체적 강성을 변경하지 않기 때문에, 지지 구조체의 디자인을 단순화한다.
통상적으로, 짐벌, 즉 피벗팅 핀 상에 장착된 구형 조인트 또는 진동 방지 장착부가 이러한 유형의 3-포인트 정수압 장착 장치에서 지지 부재로서 사용될 수 있다.
그러나, 3-포인트 정수압 연결 시스템은 몇몇 결점을 갖는다. 구체적으로, 전체 정적 및 동적 하중이 3개의 지지 부재에 의해서만 지지되어야만 하기 때문에, 이러한 후자는 통상 치수가 크다. 더욱이, 터보기계류 트레인이 설치되는 선박의 데크나 연근해 플랫폼 상의 동적 및 정적 하중이 3개 포인트에 집중된다.
하중 집중은 지지 부재와 데크가, 정상 작동 하중뿐만 아니라 비상 하중이나 돌발적인 하중 등, 예컨대 탄화수소 폭발로 인한 폭발 하중을 견디도록 치수가 정해질 것을 요구한다.
이들 양태는 매우 큰 기계 부품의 경우에 특히 중요해진다. 멀티포인트 하이퍼스태틱 시스템의 단점을 피하기 위해 3-포인트 장착 시스템을 사용할 필요성은 사용 가능한 회전 기계의 치수를 제한한다.
또한, 베이스 플레이트 상에 장착된 회전 기계를 둘러싸는 패키지는 베이스 플레이트에 의해 지지될 수 있고, 시스템의 전체 중량에 기여할 수 있다. 이에 따라, 3-포인트 장착 시스템의 사용은 베이스 플레이트에 의해 지지되는 중량 패키지의 경우에는 어려울 수도 있고, 패키지의 최대 치수 및 중량을 제한할 수도 있다.
본 개시는 전술한 문제 또는 결점 중 하나 이상에 관한 것이다.
예시적인 제1 실시예에 따르면, 연근해 설비의 지지 구조체 상에서 회전 기계를 지지하기 위한 장착 시스템으로서,
회전 기계를 장착하기 위한 상측부 및 하측부를 갖는 베이스 프레임; 및
베이스 프레임의 하측부에 배치되고, 장착 상태에서 지지 구조체와 베이스 프레임 사이의 중간층 또는 프레임으로서 작용하도록 지지 구조체 상에 배치되도록 된 적어도 4개의 지지 부재로 이루어진 세트
를 포함하고, 지지 부재는 하중을 받을 때에 반력을 생성하는 탄성 요소를 포함하며,
장착 시스템은, 예컨대 회전 기계 정렬에 관한 설계 허용 기준을 보장하거나, 상기 회전 기계 상의 포인트와 지지 구조체에 대해 고정 위치에 배치되는 절대 기준 포인트 사이의 변위를 최소화하거나 베이스 프레임의 동적 거동을 최소화하도록 된 강성을 갖고,
지지 부재는 지지 구조체가 변형되는 경우에도 또한 허용 가능한 한계보다 낮은 응력 및/또는 변형율을 베이스 플레이트에 전달하도록 구성되는 것인 장착 시스템이 제공된다.
사실상, 연근해 어플리케이션을 다루기는 하지만, 본 발명자는 놀랍게도, 베이스 프레임 및 지지 부재의 치수가 스마트하게 정해지면, 육상 설비의 전형적인 하이퍼스태틱 시스템이 사용될 수도 있다는 점을 깨달았다. 강성을 증가시키는 일 없이 베이스 플레이트의 거동을 향상시키기 위해 지지 부재 강성이 (통상적으로, 5·108 N/m에서 5·107 N/m로) 감소된다. 이것은 작동 하중 그리고 또한 폭발과 같은 돌발적인 하중의 경우에 베이스 플레이트의 선형성을 보장하게 하고, 지지 구조체에서 베이스 플레이트로 또는 그 반대 경우의 토션 전달을 저감한다. 가요성 장착부는 사실상 지지 구조체에 대한 진동 감쇠를 증가시킬 뿐만 아니라, 베이스 플레이트의 토션 거동을 개선하여, 지지 구조체에 더 낮은 하중을 전달하므로 구조체가 가벼진다.
지지 부재는, 정수압 해법에 대한 다수의 지지 부재의 대형화로 인해 강성 요구가 해제되기 때문에 임의의 유형 및 형상의 간단한 스프링일 수 있다. 이것은 쿠션-AVM에 비해 저렴한 스프링-AVM를 사용하는 것을 가능하게 한다. 이것만이 유일한 장점은 아니다. 가요성이 증가된, 3개보다 많은 지지 부재를 사용하는 것은 또한
- 보다 균일한 하중 분포;
- 감소된 베이스 플레이트 토션 효과로 인한, 한층 더한 베이스 플레이트 디자인의 최적화;
- 데크의 구조 강성을 지원하기 위한 요건에 대한 감소(통상적으로 최저 5·107 N/m);
- 지지 구조체로의 더 적은 진동 전달; 및
- 폭발로 인한 지지 구조체에 대한 기초 하중 감소시키는 폭발 저항 거동의 증가
를 허용한다.
본 발명은 첨부도면과 연계하여 고려되는 예시적인 실시예에 관한 아래의 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.
도 1은 종래기술에 따른, 관련 회전 기계가 장착되는 베이스 프레임과 3개의 지지 부재의 측면도.
도 2는 도 1의 저부 베이스 프레임의 개략적인 평면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지지 부재와 함께 베이스 프레임의 개략적인 평면도.
도 4는 본 개시에 따른 장착 시스템에서 사용하기 위한 지지 부재의 예시적인 실시예를 도시한 도면.
예시적인 실시예에 관한 아래의 설명은 첨부도면을 참고한다. 상이한 도면에 있어서 동일한 도면부호는 동일하거나 유사한 요소를 지칭한다. 아래의 상세한 설명은 본 발명을 제한하지 않는다. 대신에, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 규정된다.
본 명세서 전반에 걸쳐 "일실시예" 또는 "실시예"라는 언급은, 실시예와 연계하여 설명되는 특정 피쳐(feature), 구조 또는 특징이 개시된 보호대상에 관한 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 이에 따라, 본 명세서 전반에 걸친 다양한 위치에서 "일실시예에서" 또는 "실시예에서"라는 구문의 출현이 반드시 동일한 실시예를 일컫는 것은 아니다. 더욱이, 특정 피쳐, 구조 또는 특징은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.
도 1은 연근해 플랫폼, 해양 선박 등에 설치 가능한 터보기계 시스템의 측면도를 개략적으로 예시한다. 몇몇 실시예에서, 전체적으로 도면부호 1로 나타내는 터보기계 시스템은 압축기 섹션(3A) 및 터빈 섹션(3B)으로 이루어진 가스 터빈 엔진(3)을 포함할 수 있다. 가스 터빈 엔진(3)은 부하, 예컨대 터보압축기나 터보 압축기 트레인, 발전기 또는 임의의 다른 회전 부하를 구동할 수 있다. 도 1의 예시적인 실시예에서, 가스 터빈 엔진(3)의 구동 샤프트(4)는 기어박스(5)를 통해 회전 동작을 부하, 예컨대 터보압축기, 예컨대 LNG 시스템 냉각 시스템의, 즉 천연가스 액화를 위한 원심 터보압축기의 피구동 샤프트(6)로 전달한다.
다른 실시예에서, 2개 이상의 압축기가 동일한 트레인에 일렬로 배치되고, 동일한 가스 터빈 엔진(3)에 의해 구동될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 기어박스(5)는 생략될 수 있고, 가스 터빈 엔진이 부하에 직접 커플링될 수 있다.
추가의 회전 기계가 가스 터빈 엔진(3)의 고온 단부 또는 저온 단부에 구동 가능하게 연결될 수 있고, 예컨대 시동기, 헬퍼 또는 발전기로서 작동할 수 있는 가역성 전기 기계가 회전 기계 트레인 또는 회전 기계의 필요 및 작동 조건에 따라 엔진으로서 작동하는 전기 모터에 구동 가능하게 연결될 수 있다.
회전 기계는 베이스 프레임이나 베이스 플레이트(9)의 상면(9A) 상에서 지지된다. 도 1의 예시적인 개략도에서, 회전 기계는 베이스 프레임(9) 상에 직접 장착된다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 회전 기계와 베이스 프레임(9) 사이에 중간 스키드 또는 프레임이 배치될 수 있다.
베이스 프레임(9)은 전체적으로 도면부호 11로 나타내는 지지 구조체 상에 장착될 수 있다. 통상적으로 지지 구조체(11)는 해양 선박의 데크나 그 외의 연근해 플랫폼일 수 있다. 베이스 프레임의 하면(9B)과 지지 구조체(11) 사이에는 지지 부재를 포함하는 장착 구성이 마련된다. 장착 구성은, 파도 작용으로 인한 지지 구초제(11)의 유연한 변형이 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 베이스 프레임(9) 상에 장착된 회전 기계의 오정렬을 유발하지 않도록 구성 및 배치된다.
도 2에 도시한 종래 기술의 시스템에서, 장착 구성은 삼각형(T)의 꼭지점에 배치된 3개의 진동 방지 장착부(13)를 포함한다. 삼각형(T)은 사실 베이스 프레임(9)의 중심선(CL)이나 CoG에 대해 거의 센터링될 수 있다.
삼각형(T)의 꼭지점(Vx)은 대략 가스 터빈 엔진(3)의 중심 아래에 배치된다. 삼각형(T)의 기준선(B)은 압축기(7) 아래에 배치되어, 회전축을 가로질러 연장되거나 그 CoG 축에 대해 센터링되거나 후자에 대해 대략 90도이다. 이러한 구성은 이에 따라 베이스 프레임(9)에 장착된 회전 기계(3, 5, 7) 중 더 중량의 회전 기계 아래에 2개의 진동 방지 장착부(13)를 제공한다.
양방향 화살표는 예시한 3개의 진동 방지 장착부(13) 중 2개의 장착부에 의해 주어진 자유도를 나타낸다. 제3 진동 방지 장착부(13)는 고정되어, 수평면에서 자유도를 전혀 허용하지 않는다. 다른 2개의 진동 방지 장착부(13)에 의해 허용되는 이동은, 예컨대 베이스 프레임(9)이 반드시 열팽창이나 열수축을 겪는 것을 고려한다.
3개의 진동 방지 장착부(13)는 베이스 프레임(9)과 지지 구조체(11) 사이에 장착되어, 베이스 프레임(9)이 지지 구조체(11)에 정수압식으로 연결되고, 예컨대 열팽창으로 인한 지지 구조체(11)에 대한 베이스 프레임(9)의 상대 이동이 각각의 진동 방지 장착부(13)의 동작 능력에 의해 허용된다. 도 2에서, 각각의 장착부(13)에 의해 허용되는 이동은 각각의 양방향 화살표(f13)로 표시된다. 예컨대, 압축기(7) 아래에 배치되는 2개의 장착부(13)는 터보기계 구성의 중심선(CL) 그리고 이에 따라 샤프트라인을 가로지르는 이동을 허용한다. 가스 터빈 엔진(3) 아래에 배치되는 진동 방지 장착부(13)는 샤프트라인 그리고 이에 따라 중심선(CL)에 평행한 방향으로의 병진 이동을 허용한다.
3개의 진동 방지 장착부(13)는 베이스 프레임(9) 상에 장착된 장비의 정상 작동 중에 발생할 수 있는 하중을 견디도록 구성된다. 정상 작동은, 예컨대 회전 기계들 중 어느 하나의 고장 및/또는 기계의 작동과 관련이 없는, 연근해 어플리케이션의 경우에 예외적인 바람 또는 파도 작용과 같은 외부 환경 요인으로 인한 돌발적인 하중이 없는, 정상 조건 하에서의 기계의 작동으로서 이해되어야만 한다.
도 3을 참고하면, 종래기술에 따른 장착 시스템은, 전체적으로 도면부호 1 내지 4로 나타내고, 베이스 프레임(9)과 지지 구조체(11) 사이에 배치되어 이들을 서로 연결하는 4개의 지지 부재로 교체된다.
각각의 지지 부재(1 내지 4)는 실질적으로 수직방향으로, 즉 베이스 프레임(9)에 거의 수직하게 배향되는 지지 반력을 제공하도록 구성된다. 수평방향에서의 지지 반력은 수직 반력과 동일한 정도의 크기일 수 있다. 유리하게는, 정상 작동 조건 하에서 지지 부재(1 내지 4)는 수직방향으로 강성을 갖고, 이 강성은 종래 기술의 3-포인트 정수압 구성에서 사용되는 진동 방지 장착부의 강성보다 실질적으로 낮다. 몇몇 실시예에서, 지지 부재(1-4)의 강성은 그러한 진동 방지 장착부의 강성(통상적으로, 5·108 N/m)보다 적어도 대략 1자릿수가 작다. 지지 부재의 강성은 107 N/m, 통상적으로 2·107 N/m 내지 7·107 N/m, 더 통상적으로는 5·107 N/m 정도이다.
도 4는 사용 가능한 지지 부재(15)의 예시적인 실시예에 관한 개략도를 예시한다. 이 예시적인 실시예에서, 지지 부재(15)는 복수 개의 탄성 요소를 포함한다. 예컨대, 3개의 탄성 요소(21, 23, 25)가 마련될 수 있다. 도 4의 개략도에서, 탄성 요소(21, 23, 25)는 압축 스프링, 예컨대 나선형 압축 스프링으로서 나타난다. 다른 실시예에서, 접시 스프링이 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상이한 스프링들, 예컨대 나선형 스프링과 접시 스프링의 조합이 제공될 수 있다. 장착부에는 댐핑 시스템(전형적인 점성식)도 또한 포함될 수 있다.
예로서, 도 4에서는 상부 플랜지(27)와 저부 플랜지(29) 사이에 스프링(21, 23, 25)이 장착된다. 상부 플랜지(27)는 베이스 프레임(9)에 연결되도록 구성되고, 저부 플랜지(29)는 다이 지지 구조체(11)에 연결되도록 구성되거나, 그 반대도 이루어진다. 연결은 볼트, 용접, 나사 체결이나 임의의 다른 적절한 방식으로 이루어질 수 있다. 도 4에서는, 볼트(36)가 마련되어, 2개의 플랜지(27, 29)를 서로 연결한다.
스프링(21, 23, 25)은 보호 하우징(31, 33, 35) 내에 수납될 수 있다. 보호 하우징(31, 33, 35)은 스프링의 신장 및 압축을 허용하도록 신축될 수 있다. 스프링(23)은 볼트(36)에 의해 예하중을 받을 수 있다. 초기 변위는 예하중 조건 하에서의 변위이고, 볼트(36)를 나사체결하는 것에 의해 얻어진다.
도 4에 개략적으로 도시한 바와 같이, 스프링(21, 23, 25)은 모두 동일한 길이일 수 있지만, 최대 가요성을 위해 소망하는 힘 대 변위 곡선을 구성하도록 상이한 강성 거동을 나타내기 위해 상이한 길이를 가질 수도 있다.
더욱이, 지지 부재들 중 몇몇 또는 일부는 종래 기술에 따른 AVM, 예컨대 쿠션-AVM일 수 있지만, 전형적인 3-포인트 정수압 구성으로 위치 설정되지는 않는다. 사실상, 본 개시의 요지를 나타낸 연근해 설비에서의 하이퍼스태틱 해법이 제공된다.
지지 부재는 임의의 적절한 위치에, 예컨대 도 3에 도시한 바와 같은 베이스 프레임의 대향하는 장변측 상의 2개 부재의 대칭 구성으로 배치될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 지지 부재는, 예컨대 베이스 프레임(9)의 중심선(CL)에 대해 또는 베이스 프레임(9) 상에 장착된 회전 기계의 샤프트라인에 대해 대칭으로 배치되는, 4개보다 훨씬 많은 개수일 수 있다.
지지 부재의 강성뿐만 아니라 최적의 위치 설정은 유리하게는 베이스 프레임에 대한 모든 하중을 모의하는 유한 요소 분석을 통해 결정될 수 있다.
전술한 지지 시스템은 제한 없이 정수압 3-포인트 지지 시스템의 장점을 제공한다. 구체적으로, 지지 시스템은 대형화된 3-포인트 지지 부재를 구성할 필요 없이 중량의 회전 기계를 지지하는 것이 가능해진다.
여기에서 설명되는 보호대상의 개시된 실시예가 도면에 도시되고, 앞에서 몇몇 예시적인 실시예와 연계하여 구체적으로 그리고 상세히 충분히 설명되었지만, 여기에서 기술한 신규한 교시, 원리 및 개념과, 첨부된 청구범위에 상술된 보호대상의 장점으로부터 벗어나는 일 없이 여러가지 수정, 변형 및 생략이 가능하다는 점이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 개시된 혁신의 적절한 범위는, 그러한 모든 수정, 변형 및 생략을 망라하도록 첨부된 청구범위를 가장 넓게 해석하는 것에 의해서만 결정되어야만 한다. 추가로, 임의의 프로세스나 방법 단계의 순서 또는 차례는 변형예에 따라 변경되거나 재배열될 수 있다.

Claims (11)

  1. 연근해 설비의 지지 구조체(11) 상에서 회전 기계(3, 5, 7)를 지지하기 위한 장착 시스템으로서,
    상기 회전 기계(3, 5, 7)를 장착하기 위한 상측부 및 하측부를 갖는 베이스 프레임(9); 및
    상기 베이스 프레임(9)의 상기 하측부에 배치되고 상기 지지 구조체(11) 상에 배치되도록 된, 장착부를 형성하는 적어도 4개의 지지 부재(15)로 이루어진 세트
    를 포함하며,
    상기 지지 부재(15)는 회전 기계(3, 5, 7) 정렬을 보장하거나, 상기 회전 기계(3, 5, 7) 상의 포인트와 상기 지지 구조체(11)에 대해 고정 위치에 배치되는 절대 기준 포인트 사이의 변위를 최소화하거나, 상기 베이스 프레임(9)의 동적 거동을 최소화하도록 된 강성을 가지며,
    상기 지지 부재(15)는 하중을 받을 때에 반력을 생성하는 탄성 요소(21, 23, 25)를 포함하고 상기 지지 부재(15)의 강성은 2·107 N/m 내지 7·107 N/m이며,
    상기 지지 부재(15)는 상기 지지 구조체(11)가 변형되는 경우에도 상기 베이스 프레임(9) 상의 응력 및/또는 변형을 감소시키도록 구성되는 것인 장착 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지지 부재(15)는 사각형의 꼭지점을 형성하도록 배치되는 것인 장착 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지지 부재(15)는 상기 베이스 프레임(9)의 대향하는 장변측마다 2개의 부재를 지닌 대칭 구성인 것인 장착 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 지지 부재(15)는 4개보다 많으며, 상기 베이스 프레임(9)의 중심선에 대해 또는 상기 베이스 프레임(9) 상에 장착된 상기 회전 기계(3, 5, 7)의 샤프트 라인에 대해 또는 무게중심(Center of Gravity; CoG) 축에 대해 대칭으로 배치되는 것인 장착 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지지 부재(15)는 상부 플랜지와 저부 플랜지 사이에 장착되는 스프링 요소를 포함하며, 상기 베이스 프레임(9) 및/또는 상기 지지 구조체(11)와 직교하는 반력을 생성하기 위해 상기 상부 플랜지는 상기 베이스 프레임(9)에 연결되고 상기 저부 플랜지는 상기 지지 구조체(11)에 연결되도록 구성되거나, 또는 그 반대로 구성되는 것인 장착 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지지 부재(15)는 상이한 강성을 갖는 것인 장착 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 지지 부재(15) 중 하나 이상은 상이한 변위 범위에 대해 상이한 기울기를 지닌 힘 대 변위 곡선을 갖고, 이러한 거동은 상이한 길이를 갖는, 동일한 지지 부재 내의 복수 개의 스프링 요소를 사용하여 얻어지는 것인 장착 시스템.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지지 부재(15)는 하나 이상의 진동 방지 장착부를 포함하는 것인 장착 시스템.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지지 부재(15)는 점성 타입의 댐핑 시스템을 포함하는 것인 장착 시스템.
  10. 삭제
  11. 삭제
KR1020170171100A 2016-12-16 2017-12-13 회전 기계용 장착 시스템 KR102502368B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT102016000127545A IT201600127545A1 (it) 2016-12-16 2016-12-16 Sistema di montaggio per macchine rotanti
IT102016000127545 2016-12-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180070477A KR20180070477A (ko) 2018-06-26
KR102502368B1 true KR102502368B1 (ko) 2023-02-21

Family

ID=58402087

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170171100A KR102502368B1 (ko) 2016-12-16 2017-12-13 회전 기계용 장착 시스템

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10487973B2 (ko)
EP (1) EP3336406B1 (ko)
KR (1) KR102502368B1 (ko)
CN (1) CN108204254B (ko)
IT (1) IT201600127545A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107923260A (zh) * 2015-07-06 2018-04-17 德雷瑟-兰德公司 旋转机械的支撑结构
CN111894687B (zh) * 2020-06-30 2022-07-01 中国北方发动机研究所(天津) 一种能够抑制振动的涡轮增压器的安装底座

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2200859A (en) 1939-01-31 1940-05-14 York Ice Machinery Corp Machinery base stabilizer
US5595371A (en) 1993-04-09 1997-01-21 Nippon Steel Corporation Vibration isolating supporter
WO2016059468A1 (en) * 2014-10-17 2016-04-21 Nuovo Pignone Srl Multi-point mounting system for rotating machinery

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3281101A (en) * 1964-05-18 1966-10-25 Wright Barry Corp Levelable load mount
US4489991A (en) * 1982-01-11 1984-12-25 Gerb Gesellschaft Fur Isolierung Mbh & Co. Kg Elastic support for machines
US5169110A (en) * 1991-07-18 1992-12-08 Aeroflex International Incorporated Force-damping energy-removing isolator
US5386962A (en) * 1993-11-15 1995-02-07 Puritan Bennett Corporation Shock and vibration absorbing mounts
US7552903B2 (en) * 2005-12-13 2009-06-30 Solar Turbines Incorporated Machine mounting system
CN103116249A (zh) * 2012-12-12 2013-05-22 清华大学 一种用于微动台重力补偿的负刚度系统
PL2889877T3 (pl) * 2013-12-06 2021-09-20 Itt Manufacturing Enterprises Llc Zespół izolacji sejsmicznej
CN204041137U (zh) * 2014-06-18 2014-12-24 中国长江动力集团有限公司 汽轮机挠性支撑结构
CN104595419A (zh) * 2014-12-25 2015-05-06 贵州黔程天力智能科技有限公司 一种基于锥形减振元件和水平仪的接收机支撑座
CN204627755U (zh) * 2015-03-16 2015-09-09 北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司 一种气缸支撑组件

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2200859A (en) 1939-01-31 1940-05-14 York Ice Machinery Corp Machinery base stabilizer
US5595371A (en) 1993-04-09 1997-01-21 Nippon Steel Corporation Vibration isolating supporter
WO2016059468A1 (en) * 2014-10-17 2016-04-21 Nuovo Pignone Srl Multi-point mounting system for rotating machinery

Also Published As

Publication number Publication date
US20180172198A1 (en) 2018-06-21
BR102017027109A2 (pt) 2018-07-17
CN108204254A (zh) 2018-06-26
EP3336406B1 (en) 2021-08-18
US10487973B2 (en) 2019-11-26
CN108204254B (zh) 2022-07-12
KR20180070477A (ko) 2018-06-26
EP3336406A1 (en) 2018-06-20
IT201600127545A1 (it) 2018-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11814978B2 (en) Multi-point mounting system for rotating machinery
EP3320187A1 (en) Support structure for rotating machinery
US20160102581A1 (en) Baseplate for mounting and supporting rotating machinery and system comprising said baseplate
KR102502368B1 (ko) 회전 기계용 장착 시스템
EP3080405B1 (en) Gas turbine offshore installations
KR20080042760A (ko) 터보머신, 쿨러 및 캐링 프레임을 지닌 장치
CN110389035B (zh) 一种柴油机推进系统的振动特性试验系统
CN115371989B (zh) 一种联轴器转子可变支承刚度模拟结构
BR102017027109B1 (pt) Sistema de montagem para suportar maquinaria rotativa em uma estrutura de suporte de uma instalação em alto mar
JP5883811B2 (ja) 回転機械設置用ベース
US11268611B2 (en) Driving machine module
CN111980798B (zh) 一种核电站使用的抗震型模块化sbo柴油发电机组
Raghavan et al. Effect of supporting structure stiffness on the drive train assembly of an induced draft cooling tower under seismic effects
RU108545U1 (ru) Разгруженный сильфонный компенсатор

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant