KR19990029485U - 터어보 엔진의 공기 냉각 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전축상에 설치되어 회전가능한 블레이드가 적층된 압축기 하우징부와, 상기 회전축을 회전가능하게 지지하는 베어링 부재와, 상기 블레이드와 근접한 회전축상에 형성되어 압축된 공기중 일부가 유입되는 제 1 밀봉 부재와, 상기 압축기 하우징부와 대응되는 회전축상에 설치되는 터어빈부와, 상기 베어링 부재의 전후방에 근접하게 설치되는 제 2 밀봉 부재와, 상기 회전축과 압축기 하우징부와 터어빈부에 각각 형성되는 복수개의 공기 통로부를 구비하는 터어보 엔진의 공기 냉각 장치에 관한 것으로서, 회전축상에 복수개의 공기 통로부를 만들고, 이중 하나는 회전축을 지지하는 베어링 부재를 통과하지 않고 터어빈부로 유도되고, 다른 하나는 회전축을 따라 유동하면서 베어링 부재를 냉각시킨후 흐르게 된다. 이에 따라, 상기 회전축의 축 방향으로 가해지는 압력의 강하 현상을 최대한으로 줄일 수 있으므로 베어링에 가해지는 하중을 줄여주므로 베어링 부재의 안정성을 크게 향상시킬 수 있고, 나아가 터어보 엔진의 수명을 연장시킬 수 있다.

Description

터어보 엔진의 공기 냉각 장치

본 고안은 터어보 엔진의 공기 냉각 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 회전축상의 공기 통로부 구조가 개선된 터어보 엔진의 공기 냉각 장치에 관한 것이다.

통상적으로, 터어보 엔진은 항공기용 엔진이나 산업용 엔진 등으로 사용되며, 압축기에 의해 압축된 공기에 연료를 혼합한 후 연소킴으로써 추진력 또는 동력을 얻는다. 이러한 터어보 엔진은 회전축의 회전시 베어링 부재의 마찰열을 냉각시키기 위하여 공기를 베어링 부재상에 통과시켜 냉각시키게 된다.

도 1은 종래의 터어보 엔진(10)의 일부를 개략적으로 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 상기 터어보 엔진(10)에는 회전축(11)이 마련되고, 상기 회전축(11)의 일측에는 다수개의 블레이드(12a)를 가지는 압축기 하우징부(12)가 설치된다. 상기 압축기 하우징부(12)에는 다단 압축된 공기를 연소실(13) 측으로 배출하는 공기 유출구(12b)가 형성되어 있다.

상기 연소실(13)은 상기 공기 유출구(12c)에 인접하게 설치되고, 상기 연소실(13)의 후방에는 터어빈부(14)가 설치된다. 상기 터어빈부(14)에는 디스크(14a)가 회전축(11)에 결합되고, 상기 디스크(14a)의 외주면에는 블레이드(14b)가 장착된다.

또한, 상기 압축기의 블레이드(12a) 사이에는 상기 회전축(11)으로 다단 압축되는 공기중 일부를 공급할 수 있도록 공기 유입공(17a)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 블레이드(12a)와 근접한 회전축(11)에는 상기 공기가 이동할 수 있는 밀봉 부재(15)가 설치된다. 상기 밀봉 부재(15)는 래버린스형(labyrinth type) 패킹 구조인데, 다단으로 압력이 강하된 상태에서 상기 회전축(11)의 축방향을 따라서 유동할 수 있다.

한편, 상기 회전축(11) 상에 베어링 부재(16)가 설치되어 회전축(11)을 회전가능하게 지지하고 있다.

상기와 같은 구조를 가지는 종래의 터어보 엔진(10)은 회전축(11)이 회전함에 따라 동시에 회전축(11)에 결합된 블레이드(12a)가 고속으로 회전하게 된다. 적층된 블레이드(12a)가 고속으로 회전하게 되면, 다단으로 압축된 공기가 공기 유출구(12b)를 통하여 연소실(13) 측으로 유동하게 된다.

이어서, 상기 연소실(13)에 유입된 공기는 연소실(12)로부터 분사되는 연료와 혼합되고, 점화되어 가스를 발생시키게 된다. 이 가스는 상기 터어빈부(14)의 디스크(14a)의 외주면에 설치되어 고속으로 회전하는 블레이드(14b)를 통과하면서 급속도로 팽창하게 된다.

여기에서, 상기 압축기측 블레이드(12a) 사이에는 압축된 공기중 일부가 회전축(11)을 따라 유동되는 공기 유입공(17a)이 설치되어 있어서, 공기가 상기 공기 유입공(17a)을 빠져나와 회전축(11)으로 유동된다. 즉, 공기는 밀봉 부재(15)를 통과하면서 소정의 압력 강하가 일어난 다음, 상기 회전축(11)과 압축기 하우징부(12) 사이의 공간부를 따라 유동한다. 유동된 공기는 회전축(11)이 회전 가능하게 지지하는 베어링 부재(16)를 냉각시키게 된다.

이어서, 터어빈부(14)의 블레이드(14b) 사이에 형성된 공기 유출공(17b)을 통하여 빠져나가게 된다.

그런데, 종래의 터어보 엔진(10)은 압축기측 블레이드(12a)로부터 압축된 공기가 상기 공기 유입공(17a)을 따라 회전축(11)으로 비교적 고압의 상태로 유입되는데 반하여, 고속으로 회전하는 베어링 부재(16)를 통과하는 냉각공기는 현저한 압력강하를 방지한다.

이로 인하여, 상기 회전축(11) 상에 상당한 차이의 압력 강하 현상이 발생하여 축방향으로 과다한 하중이 작용하고, 이것은 베어링 부재(16)가 회전시 안정성을 크게 방해한다. 이에 따라, 터어보 엔진(10)의 수명에 막대한 손해를 끼치게 된다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 회전축을 지지하는 베어링을 냉각시킴과 동시에 회전축에서 발생하는 축방향 하중을 줄일 수 있도록 회전축의 공기 통로부 구조가 변경된 터어보 엔진의 공기 냉각 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 터어보 엔진의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이고,

도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 터어보 엔진의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

10,20. 터어보 엔진 11,21. 회전축

12,22. 압축기 하우징부 12a,22a. 블레이드

12b,22b. 공기 유출구 13,23. 연소실

14,24. 터어빈부 14a,24a. 디스크

14b,24b. 블레이드 15. 밀봉 부재

16,26. 베어링 부재 17a. 공기 유입공

17b. 공기 유출공 25a. 제 1 밀봉 부재

25b. 제 2 밀봉 부재 27a. 제 1 공기 유입공

27b. 제 1 공기 유출공 27c. 제 2 공기 유출공

28a. 제 2 공기 유입공 28b. 제 3 공기 유출공

28c. 제 4 공기 유출공

상기와 같은 구조를 가지는 터어보 엔진의 공기 냉각 장치는, 회전축; 상기 회전축상에 설치되고, 고속 회전가능한 다수개의 블레이드가 적층된 압축기 하우징부; 상기 회전축을 회전가능하게 지지하는 베어링 부재; 상기 블레이드와 근접한 회전축상에 형성되어 압축된 공기중 일부가 유입되는 제 1 밀봉 부재; 상기 압축기 하우징부와 대응되는 회전축상에 설치되고, 그 외주면에 다수개의 블레이드가 설치된 디스크를 구비하는 터어빈부; 상기 베어링 부재의 전후방에 근접하게 설치되는 제 2 밀봉 부재; 및 상기 회전축과 압축기 하우징부와 터어빈부에 각각 형성되는 복수개의 공기 통로부;를 포함한다.

또한, 상기 공기 통로부는 상기 압축기측 블레이드로부터 압축된 공기중 일부가 상기 베어링 부재를 거치지 않고 터어빈부로 유출되는 제 1 공기 통로부와, 상기 압축기측 블레이드로부터 압축된 공기중 일부가 상기 회전축을 따라서 베어링 부재를 통과하여 터어빈부로 유출되는 제 2 공기 통로부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제 1 공기 통로부는 상기 압축기측 블레이드 사이에 형성된 제 1 공기 유입공과, 상기 베어링 부재의 상부측 압축기 하우징부에 형성된 제 1 공기 유출공과, 상기 터어빈부측 블레이드 사이에 형성된 제 2 공기 유출공을 구비하고,상기 제 2 공기 통로부는 상기 압축기측 블레이드 사이에 형성된 제 2 공기 유입공과, 상기 베어링 부재에 인접한 회전축의 소정 부위에 형성되는 제 3 공기 유출공과, 상기 터어빈부측 블레이드 사이에 형성된 제 4 공기 유출공을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예에 따른 터어보 엔진의 공기 냉각 장치를 상세하게 설명하고자 한다.

도 2는 본 고안에 따른 터어보 엔진(20)의 일부를 개략적으로 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 상기 터어보 엔진(20)에는 회전축(21)이 마련된다. 상기 회전축(21)의 일측에는 압축기 하우징부(22)가 설치된다. 상기 압축기 하우징부(22)에는 상기 회전축(21)과 결합하여 고속회전이 가능한 다단식의 블레이드(22a)가 설치된다. 상기 블레이드(22a)에는 다단 압축된 공기를 연소실(23)측으로 보내는 공기 유출구(22b)가 형성된다.

상기 연소실(23)은 상기 공기 유출구(22b)에 근접하게 설치되어 흡입된 공기와 연료를 혼합하여 가스를 발생시킨다. 상기 연소실(23)의 후방에는 상기 연소실(23)로부터 공급된 가스를 고온 고압으로 팽창시키는 터어빈부(24)가 설치된다. 상기 터어빈부(24)에는 회전축(21)에 결합되는 디스크(24a)와, 상기 디스크(24a)의 외주면에 다수개 설치되는 블레이드(24b)를 구비한다.

한편, 상기 압축기측 블레이드(22a)와 근접한 회전축(21) 상에는 제 1 밀봉 부재(25)가 설치되고, 상기 터어빈부(24)에 근접한 회전축(21) 상에는 제 2 밀봉 부재(26)가 설치된다. 상기 제 1 밀봉 부재(25)는 상기 압축기측 블레이드(22a)로부터 유입되는 공기를 다단으로 소정의 압력으로 강하시켜 회전축(21)을 따라서 공급하는 역할을 하게 되고, 상기 제 2 밀봉 부재(26)는 추후 기술할 공기 통로부에 흐르는 공기를 밀폐시켜 저압과 고압의 공기가 각각 독립적으로 흐르도록 하는 역할을 하게 된다.

본 고안의 특징에 의하면, 상기 회전축(21)과 블레이드(22a)(24b)들 사이에는 복수개의 공기 통로부가 형성된다. 상기 공기 통로부는 상기 압축기측 블레이드(22a)로부터 압축된 공기중 일부가 베어링 부재(26)를 거치지 않고 회전축(21)으로 유입되는 제 1 공기 통로부와, 상기 블레이드(22a)로부터 유입된 공기가 베어링 부재(26)를 통과하여 유출되는 제 2 공기 통로부를 구비한다.

즉, 상기 제 1 공기 통로부는 상기 압축기측 블레이드(22b)들 사이에 설치되어 압축된 공기가 회전축(21)으로 유입되는 제 1 공기 유입공(27a)이 형성된다. 그리고, 상기 베어링 부재(26)의 상부측 압축기 하우징부(22)에는 제 1 공기 유출공(27b)이 형성되어 있다. 그리고, 제 1 공기 유출공(27b)을 빠져 나간 공기가 터어빈부(24) 측으로 배출가능하도록 터어빈측 블레이드(24b) 사이에는 제 2 공기 유출공(27c)이 형성된다.

또한, 상기 제 2 공기 통로부는 상기 압축기측 블레이드(22a)에 형성되어 다단 압축된 공기를 상기 회전축(21) 상으로 유입하는 제 2 공기 유입공(28a)이 형성된다. 그리고, 상기 베어링 부재(26)와 인접한 회전축(21)의 소정 부위에 제 3 공기 유출공(28b)을 형성시키고, 상기 터어빈부(24)의 디스크(24a)의 틈새부를 빠져나간 공기가 배출되도록 상기 블레이드(24b) 사이에는 제 4 공기 유출공(28c)이 형성된다.

상기와 같이 구성된 본 고안에 따른 터어본 엔진(20)의 공기 냉각 장치의 작용은 다음과 같다.

회전축(21)이 회전함에 따라 동시에 압축기의 블레이드(22a)가 고속으로 회하게 된다. 다단식으로 적층된 블레이드(22a)가 고속으로 회전하게 되면, 다단으로 압축된 공기가 압축기측 공기 유출구(22b)를 통하여 연소실(23) 측으로 유동하게 된다.

이어서, 상기 연소실(23)에 유입된 공기는 연소실(22)로부터 분사되는 연료와 혼합하고, 점화되어 가스를 발생시키게 된다. 이 가스는 상기 터어빈부(24)의 디스크(24a)의 외주면에 설치된 블레이드(24b)를 통과하면서 급속도로 팽창하게 된다.

여기에서, 상기 회전축(21)은 이를 지지하는 베어링 부재(26)에 상당한 축방향하중이 발생하게 된다. 이러한 하중으로 인한 베어링 부재(26)에서 발생하는 열을 냉각하기 위해 별도의 공기 통로부로부터 공기가 공급하게 된다.

즉, 상기 블레이드(22a)의 제 1 공기 유입공(27a)으로부터 유입된 공기는 제 1 밀봉 부재(25a)를 거치면서 소정의 압력 강화가 된 상태에서 회전축(21)과 압축기 하우징부(22) 사이의 공간부를 통하여 유동하게 된다. 이 유동된 공기는 베어링 부재(26)를 거치지 않고 제 1 공기 유출공(27b)을 통하여 빠져나가 제 2 공기 유출공(27c)으로 배출하게 된다. 이로 인하여 상기 회전축(21)의 양 단에는 압력의 강하가 최대한으로 줄어들게 된다.

한편, 상기 베어링 부재(26)를 냉각시키기 위하여 상기 블레이드(22a)에 형성된 제 2 공기 유입공(28a)을 통과한 공기는 상기 회전축(21)을 따라 유동하다가 회전축(21)의 소정 부위에 설치된 제 3 공기 유출공(28b)을 통과하게 된다.

이어서, 공기는 상기 베어링 부재(26)를 통과하면서 고온 상태의 베어링 부재(26)를 냉각시키게 된다. 상기 베어링 부재(26)를 통과한 공기는 터어빈부(24)의 디스크(24a)에 형성된 관통공을 따라서 제4 공기 유출공(28c)으로 빠져나가게 된다.

이상의 설명에서와 같이 본 고안의 터어보 엔진의 공기 냉각 장치는 회전축상에 복수개의 공기 통로부를 만들고, 이중 하나는 회전축을 지지하는 베어링 부재를 통과하지 않고 터어빈부로 유도되고, 다른 하나는 회전축을 따라 유동하면서 베어링 부재를 냉각시킨후 흐르게 된다. 이에 따라, 상기 회전축의 축 방향으로 가해지는 압력의 강하 현상을 최대한으로 줄일 수 있으므로 베어링에 가해지는 하중을 줄여주므로 베어링 부재의 안정성을 크게 향상시킬 수 있고, 나아가 터어보 엔진의 수명을 연장시킬 수 있다.

본 고안은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 고안의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

1. 회전축;

   상기 회전축상에 설치되고, 고속 회전가능한 다수개의 블레이드가 적층된 압축기 하우징부;

   상기 회전축을 회전가능하게 지지하는 베어링 부재;

   상기 블레이드와 근접한 회전축상에 형성되어 압축된 공기중 일부가 유입되는 제 1 밀봉 부재;

   상기 압축기 하우징부와 대응되는 회전축상에 설치되고, 그 외주면에 다수개의 블레이드가 설치된 디스크를 구비하는 터어빈부;

   상기 베어링 부재의 전후방에 근접하게 설치되는 제 2 밀봉 부재; 및

   상기 회전축과 압축기 하우징부와 터어빈부에 각각 형성되는 복수개의 공기 통로부;를 포함하는 터어보 엔진의 공기 냉각 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 공기 통로부는 상기 압축기측 블레이드로부터 압축된 공기중 일부가 상기 베어링 부재를 거치지 않고 터어빈부로 유출되는 제 1 공기 통로부와, 상기 압축기측 블레이드로부터 압축된 공기중 일부가 상기 회전축을 따라서 베어링 부재를 통과하여 터어빈부로 유출되는 제 2 공기 통로부를 구비하는 것을 특징으로 하는 터어보 엔진의 공기 냉각 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1 공기 통로부는 상기 압축기측 블레이드 사이에 형성된 제 1 공기 유입공과, 상기 베어링 부재의 상부측 압축기 하우징부에 형성된 제 1 공기 유출공과, 상기 터어빈부측 블레이드 사이에 형성된 제 2 공기 유출공을 구비하는 것을 특징으로 하는 터어보 엔진의 공기 냉각 장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 2 공기 통로부는 상기 압축기측 블레이드 사이에 형성된 제 2 공기 유입공과, 상기 베어링 부재에 인접한 회전축의 소정 부위에 형성되는 제 3 공기 유출공과, 상기 터어빈부측 블레이드 사이에 형성된 제 4 공기 유출공을 구비하는 것을 특징으로 하는 터어보 엔진의 공기 냉각 장치.