KR20050060000A - 가스 터빈의 로터의 베어링 장치 - Google Patents

Abstract

압축기 부분(1)과 터빈 부분(3)을 포함하는 가스 터빈의 로터(5)는 하나의 축 방향 스러스트 베어링(19) 및 2개의 레이디얼 저널 베어링(16, 17)에 지지된다. 하나의 저널 베어링(16)은 압축기 부분(1)의 입구 구역에 배치되고, 다른 저널 베어링(17)은 스러스트 베어링(19)과 함께 터빈 부분(3)의 구역에 배치된다.

Description

가스 터빈의 로터의 베어링 장치{BEARING DEVICE FOR ROTOR OF GAS TURBINE}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 가스 터빈의 로터를 지지하는 베어링 장치에 관한 것이다.

공지의 가스 터빈 시스템(Ch. Lechner/J. Seum, 고정 가스 터빈, Springer-Verlag, 2003., 제720면 내지 제723면)에서는 로터를 축 방향으로 고정시키기 위한 스러스트 베어링(thrust bearing)이 압축기 부분의 입구 구역에 배치된다. 압축기 부분의 입구 구역에서의 장소 요건이 비교적 좋고, 거기에서는 비교적 간단하게 스러스트 베어링에 출입할 수 있기 때문에, 그와 같이 배치하는 것이 늘 선택되었던 것이다. 스러스트 베어링은 레이디얼 저널 베어링(radial journal bearing)에 비해 현저히 더 많은 오일을 필요로 하기 때문에, 오일 공급 라인 및 오일 배출 라인이 압축기 부분의 입구 구역에 비교적 간단하게 수용될 수 있게 된다.

작동 동안 가스 터빈은 부품의 가열을 일으킨다. 부품이 상이하게 가열됨으로 인해, 로터 부품과 스테이터 부품 사이에 축 방향 상대 변위가 생긴다. 그러한 축 방향 상대 변위는 스러스트 베어링으로부터 터빈 부품까지의 간격을 함께 증대시키고, 슈라우드(shroud)가 없는 원추형 블레이드의 경우에는 가스 터빈의 작동 정지 상태로부터 작동 상태로 이행될 때에 로터 블레이드와 스테이터 벽 사이의 갭을 확대시킨다.

본 발명의 목적은 터빈 로터와 터빈 스테이터 사이의 상대 팽창을 감소시킴으로써 그들 부품 사이의 갭이 줄어들 수 있도록 서두에 전제된 유형의 터빈 로터의 베어링 장치를 구성하는 것이다.

그러한 목적은 서두에 전제된 유형의 베어링 장치에서 본 발명에 따라 청구항들에 특징져진 특징에 의해 달성되게 된다.

본 발명의 바람직한 구성들은 종속 청구항들에 기재되어 있다.

지금까지 스러스트 베어링을 가스 터빈의 압축기 부분의 입구 구역에 배치하였던 근거는 타당한 것이라 하겠지만, 효율 이득의 관점에서 본 발명에 따라 스러스트 베어링이 터빈 부분의 구역으로 이전된다.

스러스트 베어링이 터빈 측에 배치됨에 의해, 터빈 부분의 축 방향 팽창이 최소화되게 된다. 그럼으로써, 작동 정지 상태로부터 작동 상태로 이행될 때에 로터 블레이드와 스테이터 벽 사이에 생기는 갭이 줄어들게 된다. 그와 같이 갭이 감소됨으로써, 흐름 손실이 감소되고, 그에 따라 효율이 높아지게 된다.

그와 동시에, 스러스트 베어링에 필요한 많은 오일량이 터빈 부분의 고온 구역에서 베어링 하우징을 집중적으로 냉각시키는데 활용될 수 있게 된다. 그러한 베어링 하우징의 집중적인 냉각은 높아지고 있는 터빈 입구 온도에 따른 요건을 따르는데도 또한 기여해 준다.

터빈 부분의 구역에 있는 스러스트 베어링과 저널 베어링은 기본적으로 별개로 구성될 수 있다. 그러나, 저널 베어링과 스러스트 베어링을 함께 터빈 부분의 구역에 배치하는 것이 바람직하다.

피봇 패드 베어링(pivot-pad bearing) 또는 플로팅 베어링(floating bearing)이 베어링으로서 마련되는 것이 바람직하다. 또한, 자기 베어링(magnetic bearing)과 같은 무윤활 베어링이 배치되는 것도 바람직할 수 있다. 특정의 배치 방안에서는 저널 베어링이 플로팅 베어링으로서 구성되는 반면에, 스러스트 베어링이 피봇 패드 베어링으로서 형성될 수 있다.

(실시예)

첨부 도면에는 본 발명의 실시예가 도시되어 있는 바, 이후로 그에 관해 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

가스 터빈은 압축기 부분(1), 연소실(2), 및 터빈 부분(3)으로 이루어진다. 터빈 하우징(4)의 내부에서는 압축기 부분(1)과 터빈 부분(3)에 디스크(6, 7)로서 조립된 로터(5)가 회전한다. 압축기 부분(1)의 디스크(6)는 볼트(8)에 의해 서로 결합되고, 단부 부재(9) 및 로터 중간 부재(10)와 결합된다. 터빈 부분(3)의 디스크(7)도 역시 그 디스크를 관통하는 볼트(11)에 의해 서로 결합되고, 로터 중간 부재(10)와 결합된다. 디스크(6, 7)는 그 둘레에서 로터 블레이드(12, 13)를 받친다. 로터 블레이드(12, 13) 사이에는 터빈 하우징(4)의 벽에 고정되는 가이드 베인(guide vane)(14, 15)이 배치된다.

로터(5)는 2개의 레이디얼 저널 베어링(16, 17)에 지지된다. 하나의 저널 베어링(16)은 압축기 부분(1)의 입구 구역에 배치되어 로터(5)의 단부 부재(9)를 둘러싸는 반면에, 다른 저널 베어링(17)은 터빈 부분(3)의 구역에 마련되어 로터 중간 부재(10)를 둘러싼다. 또한, 터빈 부분(3)의 구역에는 로터(5)의 축 방향 부하를 받아내는 스러스트 베어링(19)이 배치된다. 그러한 스러스트 베어링(19)에는 터빈 부분(3) 쪽으로부터 오일 안내 구멍과 오일 공급 및 오일 배출 라인을 경유하여 제공되는 윤활유가 공급된다. 윤활유는 동시에 베어링 장치의 집중적인 냉각을 제공한다.

그러한 베어링 장치는 피봇 패드 베어링을 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 다방면 미끄럼 베어링, 롤러 베어링, 자기 베어링, 또는 다른 베어링 타입이 사용될 수도 있다.

종래의 구조 형식과는 다르게 스러스트 베어링(19)이 고온의 터빈 부분(3)의 구역에 배치됨으로써, 열에 기인하여 발생되는 로터(5)의 축 방향 팽창이 터빈 구역에 국한되게 된다. 도 3a 및 도 3b에는 어떠한 장점이 그에 동반되는지가 개략적으로 도시되어 있다. 터빈 부분(3)의 로터 블레이드(13)는 원추형이고 외부 슈라우드가 없이 구성된다. 가스 터빈의 작동 정지 상태에서는 회전하는 로터 블레이드(13)의 선단과 고정된 터빈 하우징(4)의 벽 사이에 미리 정해진 크기 Δr의 갭(20)이 존재한다(도 3a). 가스 터빈이 작동 정치 상태로부터 작동 상태로 전환되면(도 3b), 로터(5)는 온도 하중으로 인해 축 방향으로 열 길이 팽창 Δl을 겪게 된다.

예견된 바와 같이, 스러스트 베어링(19)이 압축기 부분(1) 쪽을 향한 터빈 부분(3) 측에 배치되면, 원추형 로터 블레이드(13)의 경우에 축 방향 길이 팽창 Δl이 갭(20)을 Δr*만큼 확대시켜 Δr'으로 만들게 된다. 그러한 갭(20)의 확대는 흐름 손실을 초래하여 가스 터빈의 효율을 저하시킨다. 본 발명에 따라 스러스트 베어링(19)이 터빈 부분(3)의 구역에 배치됨으로써, 로터(5)의 축 방향 길이 팽창으로 인한 갭(20)의 확대가 좁은 한도 내로 유지되고, 그에 의해 가스 터빈의 효율이 개선될 수 있게 된다.

본 발명에 따른 가스 터빈의 로터의 베어링 장치에서는 스러스트 베어링이 종래와 같이 압축기 부분의 입구 구역아 아닌, 터빈 부분의 구역에 배치됨으로써, 터빈 부분의 축 방향 팽창이 최소화되고, 그에 의해 작동 정지 상태로부터 작동 상태로 이행될 때에 로터 블레이드와 스테이터 벽 사이에 생기는 갭이 줄어들게 된다. 그와 같이 갭이 감소됨으로써, 흐름 손실이 감소되고, 그에 따라 효율이 높아지게 된다.

도 1은 가스 터빈의 반쪽 종단면도,

도 2는 터빈 측의 베어링 장치의 세부를 나타낸 도면,

도 3a는 터빈의 작동 정지 상태에서의 로터 블레이드를 나타낸 도면,

도 3b는 터빈의 작동 상태에서의 로터 블레이드를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 압축기 부분 3 : 터빈 부분

5 : 로터 16, 17 : 레이디얼 저널 베어링

19 : 스러스트 베어링

Claims (6)

1. 압축기 부분(1)과 터빈 부분(3)을 구비하는 가스 터빈의 로터(5)로서, 로터(5)가 하나의 축 방향 스러스트 베어링(19) 및 2개의 레이디얼 저널 베어링(16, 17)에 지지되며, 레이디얼 저널 베어링(16,17) 중의 하나의 저널 베어링(16)이 압축기 부분(1)의 입구 구역에, 그리고 다른 저널 베어링(17)이 터빈 부분(3)의 구역에 각각 배치되는 가스 터빈의 로터(5)를 지지하는 베어링 장치에 있어서,

   스러스트 베어링(19)은 터빈 부분(3)의 구역에 배치되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 로터(5)의 베어링 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 스러스트 베어링(19)은 저널 베어링(17)과 함께 터빈 부분(3)의 구역에 배치되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 로터(5)의 베어링 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 피봇 패드 베어링이 베어링(16, 17, 19)으로서 배치되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 로터(5)의 베어링 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 플로팅 베어링이 베어링(16, 17, 19)으로서 배치되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 로터(5)의 베어링 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 자기 베어링이 베어링(16, 17, 19)으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 로터(5)의 베어링 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 저널 베어링(16, 17)으로서 플로팅 베어링이 마련되고, 스러스트 베어링(19)으로서 피봇 패드 베어링이 마련되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 로터(5)의 베어링 장치.