KR200330742Y1 - 가스터빈의로터팁실속방지장치 - Google Patents

Abstract

가스터빈의 로터팁 실속방지장치가 개시된다. 개시된 가스터빈의 로터팁 실속방지장치는 압축기의 케이싱에 설치되는 것으로 압력을 가하는 압력공급수단과 연결되어 고온의 분자량이 작은 구동기체와 저온의 분자량이 큰 피구동기체 및 상기 구동기체와 피구동기체를 분리하는 다이어 프레임을 포함하는 충격파튜브와;상기 충격파튜브의 로터 블레이드측 방향에 설치되는 신속반응개방밸브; 및 상기 신속반응개방밸브와 소정간격 이격되어 로터 블레이드에 근접하여 설치되고, 상기 로터 블레이드가 실속되는 것을 감지하여 상기 신속반응개방밸브를 작동시키는 센서부; 를 구비하여 된 것을 특징으로 하며 가스터빈의 로터팁이 실속이 되지 않도록 예방하는 이점이 있다.

Description

가스터빈의 로터팁 실속방지장치

본 고안은 가스터빈의 로터팁 실속방지장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 로터팁의 실속이 예상될 경우 사전에 제거하는 실속방지장치에 관한 것이다.

도 1 에는 일반적인 가스터빈이 도시되어 있다.

상기 도면을 참조하면, 일반적으로 가스터빈 엔진(10)은 일종의 회전식 내연기관이며, 고온고압의 연소가스를 팽창시켜 터빈을 돌림으로써 회전력을 얻는 기관이다.

상기 가스터빈 엔진(10)은 공기를 압축기(20)의 로터 블레이드(26)에 의해 압력을 높이고 이것을 연소실(12)에서 고온가스로 만든 다음 압축기의 소요출력을 얻을 수 있는 압력비까지 터빈(13)에서 팽창시키고 나머지 압력으로 제트 노즐(14)을 통해 고속으로 가스를 분출시켜 추진력을 얻는다.

상기 가스터빈 엔진(10)은 구조가 비교적 간단하고 가벼우면서도 대마력의 에너지를 얻을 수 있고 고장이나 진동이 적다는 이점이 있어 주로 발전소, 항공기 등에 사용된다.

그러나, 상기 가스터빈 엔진(10)은 내부에 써지(Surge)와 실속(Stall)이라는 일종의 불안정성이 발생된다. 상기 써지와 실속은 상기 가스터빈 엔진(10)을 급격히 가속시킬 때 주로 생긴다.

상기 써지는 가스터빈 엔진(10) 전체가 불안정성을 일으키는 현상이고, 상기 실속은 다단 압축기(20)에서 일부 단의 로터 블레이드(26) 주위 흐름의 불안정성을일으키는 것을 말하며 로터 블레이드(26)의 유동 입사각이 지나치게 큰 경우에 발생된다. 또한 압축기(20) 실속은 가스터빈 엔진(10) 써지를 유발하는 중요 요인중 하나이며 이러한 써지가 발생하면 진동이 생기고 가스터빈 엔진(10)의 가속성 및 감속성이 저하되어 안정성이 크게 저해되는 문제점이 있다.

본 고안은 상기 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 압축기에 실속이 발생할 조짐이 있는 경우 이를 신속히 안정시키는 가스터빈의 로터팁 실속방지장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 항공기의 가스터빈 엔진의 개략적인 단면도.

도 2는 본 고안의 실시예에 의한 가스터빈의 로터팁 실속 방지장치를 엔진의 길이방향 측면에서본 개략적인 구성도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 >

11...압축기 케이싱 12...연소실

13...터빈 14...제트 노즐

26...로터 블레이드 26a...로터팁

31...피구동기체탱크(Driven Gas Tank)

32...구동기체탱크(Driving Gas Tank)

34...솔레노이드밸브 35...체크밸브

36...개폐밸브 37...다이어프램

38...센서부(Dynamic Pressure Tranducer)

39...신속반응개방밸브

A...충격파튜브 B...제1튜브

C...제2튜브

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 고안의 가스터빈의 로터팁 실속방지장치는, 압축기의 케이싱에 설치되는 것으로 압력을 가하는 압력공급수단과 연결되어 고온의 분자량이 작은 구동기체와 저온의 분자량이 큰 피구동기체 및 상기 구동기체와 피구동기체를 분리하는 다이어프램(Diaphragm)을 포함하는 충격파튜브와; 상기 충격파튜브의 로터 블레이드측 방향에 설치되는 신속반응개방밸브(Fast Response Opening Valve); 및 상기 신속반응개방밸브와 소정간격 이격되어 로터 블레이드에 근접하여 설치되고, 상기 로터 블레이드가 실속되는 것을 감지하여 상기 신속반응개방밸브를 작동시키는 센서부; 를 구비하여 된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 압력공급수단은 고온의 분자량이 작은 기체가 충진된 구동기체와, 저온의 분자량이 큰 기체가 충진된 피구동기체탱크와, 상기 탱크들의 유출구에 결합되어 유출량을 조절하는 솔레노이드밸브와, 상기 솔레노이드밸브를 통해 유출되는 압력을 측정하는 압력계와, 상기 솔레노이드밸브에 연결된 접속튜브들과, 상기 접속튜브들에 설치되어 일 방향으로 공기를 공급하도록 하는 체크밸브와, 상기 체크밸브에 연결된 접속튜브와 연결되는 개폐밸브를 구비하여 된 것을 더 포함하는 것이 바람직하다. 또한 상기 충격 튜브와 상기 압축튜브는 대기 상태일 때는 다이어프램을 사이에 두고 양측에서 동일한 압력으로 평형을 이루고 있는 것을 을 더 구비하여 된 것이 바람직하다. 경우에 따라 구동기체와 피구동기체는 동일한 기체를 사용 할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 가스터빈의 로터팁 실속방지장치의 실시예를 상세히 설명한다.

본 고안의 일 실시예에 따른 가스터빈의 로터팁 실속방지장치가 도 2 에 도시되어 있다. 여기에서 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 가리킨다.

상기 도면을 참조하면, 본 고안의 가스터빈의 로터팁 실속방지장치는, 압축기의 케이싱(11)의 보조케이싱(27)의 내부에 설치되는 것으로 압력을 가하는 압력공급수단(30)과 연결된 충격파튜브(A)를 포함한다. 상기 충격파튜브(A)는 고온의 분자량이 작은 것으로 예를 들면 수소나 헬륨 같은 구동기체(Driving Gas)가 압축된 제1튜브(B), 상기 제1튜브(B)의 로터 블레이드(26)를 향하는 방향에 설치되는 다이어프램(37), 상기 다이어프램(37)과 접속튜브로 결합되며 압력을 가하는 압력공급수단과 연결되는 것으로 저온의 분자량이 큰 공기 등의 피구동기체(Driven Gas)가 압축된 제2튜브(C), 상기 제2튜브(C)의 로터 블레이드(26)를 향하는 방향에설치되는 신속반응개방밸브(39) 및 상기 신속반응개방밸브(39)와 소정간격 이격되어 로터 블레이드(26)에 근접하여 설치되고, 상기 로터 블레이드(26)가 실속되는 것을 감지하여 상기 신속반응개방밸브(39)를 작동시키는 센서부(38)를 구비한다.

또한 상기 압력공급수단(30)은 구동기체가 충진된 구동기체탱크(32)와, 상기 구동기체탱크(32)에 인근하여 설치되는 피구동기체가 충진된 피구동기체탱크(31)와, 상기 탱크들의 유출구에 결합되어 유출량을 조절하는 솔레노이드밸브(34)와, 상기 솔레노이드밸브(34)를 통해 유출되는 압력을 측정하는 압력계(33)와, 상기 솔레노이드밸브(34)에 연결된 접속튜브들에 설치되어 일 방향으로 공기를 공급하도록 하는 체크밸브(35)와, 상기 체크밸브(35)에 연결된 접속튜브와 연결되는 개폐밸브(36)를 구비한다.

또한 상기 제1튜브(B)의 압력과 상기 제2튜브(C)의 압력은 대기 상태일 때는, 필요시에 파열되는 다이어프레임(37)을 사이에 두고 양측에서 동일한 압력으로 평형을 이루고 있다.

또한 상기 센서부(38)는 상기 로터팁(26a)의 실속을 감지하는 쿨라이트센서(Kulite Sensor, 미도시)와 상기 쿨라이트센서에서 실속을 감지하여 상기 제1튜브(B)의 밸브를 구동시키는 액츄에이터(미도시)를 구비하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구조를 가진 본 고안에 따른 가스터빈의 로터팁 실속방지장치는 다음과 같이 동작된다.

먼저, 가스터빈이 정상 작동 상태일 경우는 다이어프램(37)이 파손되지 않을정도의 소정의 압력을 인가하는데 제1튜브(B)와 제2튜브(C)의 압력이 같도록 압력비를 유지한다.

여기서 구동기체가 충진되는 제1튜브(B)의 압력을 Pu 라고 하고 제2튜브(C)의 압력을 Pa 라고 할 때, 센서부(38)에 의해 실속이 감지 될 때 Pu 를 증가시켜 상기 다이어프램(37)이 터지도록 하고 이때 생성된 충격파(Shock Wave)가 S1의 거리를 거쳐 S2 의 거리에 왔을 때 신속반응개방밸브(39)를 개방한다. 이후 충격파는 S3 의 거리를 이동하여 최종적으로 로터 블레이드(26)의 로터팁(26a) 부위에 입사하게 되며 이 때 충격파 후방에 유도된 속도 V_p에 의하여 로터 블레이드(26)의 유동 입사각을 감소시켜 실속을 정상적으로 환원시킨다.

본 고안은 작은 충격파튜브(Shock Wave Tube, A)를 가스터빈 엔진의 케이싱(11)에 보조케이싱(27)을 설치하고 충격파의 크기 및 충격인가(Shock Impingement) 시점을 정확히 조절하여야 하는 어려움이 있으나 능동적으로 로터팁(26a) 유동의 형성 자체를 미연에 방지함으로 이론적으로 설계자가 원하는 만큼의 써지 마진을 얻을 수 있는 장점이 있다.

본 고안에 따른 가스터빈의 로터팁 실속방지장치는 가스터빈의 로터팁이 실속이 감지될 때 이를 방지하여 신속하게 안정한 상태로 회복시키는 효과가 있다.

본 고안은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 고안의 통상적 지식을 가진 자라면 본 고안을 이용한 다양한 변형 및 실시예들을 이해할 것이다. 따라서, 본 고안의 권리범위는 첨부된 청구범위에 한하여 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

1. 압축기의 케이싱에 설치되는 것으로 압력을 가하는 압력공급수단과 연결되어 고온의 분자량이 작은 구동기체가 압축되어 있는 제 1 튜브, 저온의 분자량이 큰 피구동기체가 압축되어 있는 제 2 튜브 및, 상기 구동기체와 피구동기체를 분리하도록 상기 제 1 튜브와 제 2 튜브 사이에 설치된 다이어프램을 포함하는 충격파튜브와;

   상기 충격파튜브의 로터 블레이드측을 향하는 방향에 설치되는 신속반응개방밸브; 및

   상기 신속반응개방밸브와 소정간격 이격되어 로터 블레이드에 근접하여 설치되고, 상기 로터 블레이드가 실속되는 것을 감지하여 상기 신속반응개방밸브를 작동시키는 센서부; 를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 가스터빈의 로터팁 실속 방지장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 압력공급수단은 구동기체가 충진된 구동기체탱크와;

   피구동기체가 충진된 피구동기체탱크와;

   상기 탱크들의 유출구에 결합되어 유출량을 조절하는 솔레노이드밸브와;

   상기 솔레노이드밸브를 통해 유출되는 압력을 측정하는 압력계와;

   상기 솔레노이드밸브에 연결된 접속튜브들과;

   상기 접속튜브들에 설치되어 일 방향으로 공기를 공급하도록 하는 체크밸브와;

   상기 체크밸브에 연결된 접속튜브와 연결되는 개폐밸브; 를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 가스터빈의 로터팁 실속 방지장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1튜브와 상기 제2튜브는 대기 상태일 때는 다이어프램을 사이에 두고 양측에서 동일한 압력으로 평형을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 로터팁 실속 방지장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 센서부는 상기 로터팁의 실속을 감지하는 쿨라이트센서와; 상기 쿨라이트센서에서 실속이 감지되면 상기 제1튜브의 밸브를 구동시키는 액츄에이터를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 가스터빈의 로터팁 실속방지장치.