KR20080069131A

KR20080069131A - 터빈 로터 지지 장치 및 시스템

Info

Publication number: KR20080069131A
Application number: KR1020080006140A
Authority: KR
Inventors: 케네스 데이몬 블랙; 그레고리 알랜 크럼; 스코트 마이클 엘람
Original assignee: 제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date: 2007-01-22
Filing date: 2008-01-21
Publication date: 2008-07-25
Also published as: KR101437172B1; US8083471B2; JP2008175206A; CN101230800B; JP5225695B2; US20100272558A1; CN101230800A

Abstract

지지 표면(55) 상에 배치된 터빈 엔진(100)의 로터를 지지하는 장치가 개시된다. 장치는 하우징(220)과, 상기 하우징(220) 내에 배치된 로터 지지 베어링과, 상기 하우징(220)과 작동가능하게 연통하고 상기 지지 표면(55)과 직접 구조 접속된 지지 레그(245)를 포함한다.

Description

터빈 로터 지지 장치 및 시스템{TURBINE ROTOR SUPPORT APPARATUS AND SYSTEM}

본 발명은 일반적으로 터빈에 관한 것으로서, 구체적으로 터빈 로터 지지체에 관한 것이다.

현재 가스 터빈 엔진은 내부의 로터를 지지하게 위해 베어링을 활용한다. 베어링은, 배기 프레임의 내측 구조체에 부착된 베어링 하우징 내에 배치된다. 배기 프레임의 내측 구조체는 배기 가스의 환형 유동 영역 내부에 배치되고, 복수의 스트러트(strut)를 통해 가스 터빈의 환형 유동 영역 외부에 위치된 외측 구조체에 접속된다. 내측 및 외측 구조체를 포함하는 배기 프레임은 구조용 강(steel)으로 제조되고, 로터를 지지하며, 베어링 하우징에 강도를 제공한다. 내측 구조체로부터 외측 구조체로 돌출하는 각 스트러트는 배기 유동에 대해 공기역학적 장애물을 형성하고, 그에 수반하여 효율 손실을 야기한다. 따라서, 공학적 타협이 로터 지지체 강도와 작동 효율 사이에 존재한다. 또한, 구조용 강은 터빈 배기 온도에 견딜 능력이 없기 때문에, 냉각 공기가 일반적으로 필요하다. 냉각 공기는 종종, 엔 진에 의해 동력이 공급되는 보조 송풍기를 통해 공급되고, 따라서 추가의 엔진 효율 손실로 이어진다.

따라서, 당업계에서는 이러한 제한을 극복하는 터빈 로터 베어링 지지 구성에 대한 필요성이 존재한다.

본 발명의 실시예는 지지 표면 상에 배치된 터빈 엔진의 로터를 지지하는 장치를 포함한다. 장치는 하우징과, 하우징 내에 배치된 로터 지지 베어링과, 하우징과 작동가능하게 연통하며 지지 표면과 직접 구조 접속된 지지 레그를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예는 지지 표면 상에 배치하기 위한 터빈 엔진 시스템을 포함한다. 터빈 엔진 시스템은 스테이터와, 스테이터 내에 배치된 로터와, 로터와 작동가능하게 연통하는 로터 지지 베어링과, 로터 지지 베어링을 둘러싸는 하우징과, 하우징과 작동가능하게 연통하며 지지 표면과 직접 구조 접속된 지지 레그를 포함한다.

이들 및 다른 장점과 특징이 첨부된 도면과 관련하여 제공된 이하의 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 보다 용이하게 이해될 것이다.

예시적인 도면을 참조하여, 첨부된 도면에 있어서 유사한 요소는 유사하게 번호가 매겨진다.

본 발명의 실시예는, 본 명세서에서 또한 배기 프레임으로서 언급되는, 지지 시스템으로부터 분리된 로터의 하류측 또는 후미 단부, 또는 스테이터 케이싱 세트의 후미 단부를 유지하는 베어링 지지 시스템을 제공한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "후미"에 의해 지시되는 상대적 위치는, 터빈 엔진의 배기 가스의 유동에 대해 하류측 또는 출구를 향해 배치된 관심 위치를 가리킨다. 실시예에 있어서, 하나 이상의 지지 레그(leg)가 각 레그의 내측 단부에서 큰 링을 갖는 베어링 하우징을 지지한다. 베어링 하우징의 외측은, [분할 조인트(split joint)를 갖는] 링이 슬립-끼워맞춤(slip-fit) 접속부에서 하우징의 외경 둘레에 고정될 수 있도록 기계가공된다. 실시예에 있어서, 베어링 하우징 가까이에 배치된 내측 배럴(barrel)을 유지하게 위해 배기 프레임으로 연장하는 스트러트(strut) 또는 다른 기계적 수단이 없다. 내측 배럴은, 베어링 하우징에 고정되는 것 그리고 베어링 지지 레그에 고정되는 것 중 적어도 하나에 의해 지지된다. 다른 실시예에 있어서, 내측 배럴은 베어링 하우징의 일체적 부분이다.

이제 도 1을 참조하면, 터빈 엔진(100)의 후미 섹션(105)의 실시예가 도시된다. 터빈 엔진(100)의 입구는 예시 목적을 위해 생략되었다. 후미 섹션(105)은 터빈 쉘(shell)(110), 배기 프레임(115) 및 외측 확산기(120)를 포함한다. 방향선(99)은 터빈 엔진(100)으로부터의 배기 가스의 유동의 방향을 표시하고, 엔진(100)의 축방향을 규정한다. 터빈 엔진(100)은 지지 표면(55)에 장착된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "지지 표면"은 터빈 엔진(100)이 장착되는 임의의 적당한 표면을 포함한다. 지지 표면(55)은 예를 들어 토대와 같은 지면 상 에 위치될 수 있는 고정 표면과, 또한 예를 들어 항공기, 선박 또는 헬리콥터 내에 배치될 수 있는 이동성 표면 또는 구조체를 포함한다. 배기 프레임(115)은 지지체(125)를 통해 터빈 엔진(100)의 스테이터(전방 단부는 도시되지 않음) 뿐만 아니라, 외측 확산기(120)를 지지한다. 적당한 강도 및 강성을 제공할 수 있는, 구조용 강(steel)과 같은 재료로부터 제조된 배기 프레임(115)은, 터빈 엔진(100)으로부터의 배기 가스의 온도에 견딜 수 없다. 하지만, 외측 확산기(120)는 터빈 엔진(100)으로부터의 배기 가스의 온도에 견딜 수 있는, 예를 들어 스테인리스 스틸과 같은 재료로부터 제조되고, 이에 의해 배기 가스의 온도에의 노출로부터 배기 프레임(115)을 보호한다. 배기 프레임(115)은, 외측 확산기(120)로부터 배기 프레임(150)으로 전달되는 열의 양을 감소시키기 위해, 외측 확산기(120)의 상류측에서 종결하는 축방향 길이를 갖도록 구성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 구성은 배기 프레임(115)과 외측 확산기(120) 사이에 있어서의 냉각 공기의 전달의 제거를 허용한다. 이것은 따라서 상술된 하나의 비효율을 감소시킨다. 실시예에 있어서, 배기 프레임(115)은 터빈 쉘(110)에 부착된다. 다른 실시예에 있어서, 터빈 쉘(110)은 배기 프레임(115)을 포함한다.

실시예에 있어서, 외측 확산기(120)는 수평 조인트(121)를 포함하는 2부분으로 이루어진 외측 확산기(120)이다. 외측 확산기(120)의 상류측에서 종결하는 축방향 길이를 갖도록 구성된 배기 프레임(115)의 사용은, 2부분으로 이루어진 외측 확산기(120)의 수평 조인트(121)에의 접근을 허용하여, 수평 조인트(121)는 2부분으로 이루어진 외측 확산기(120)의 수평 조인트(121)를 함께 견고하게 클램 핑(clamping)하기 위해 볼트와 같은 패스너(fastener)를 포함할 수 있다. 2부분으로 이루어진 외측 확산기(120)의 수평 조인트(121)를 견고하게 클램핑하는 것은, 배기 가스 내로의 주위 공기의 누출을 감소시키고, 그러한 누출은 후속하는 조합된 사이클의 효율을 감소시키는 영향을 갖는다[터빈 엔진(100)으로부터의 배기 가스는 물 또는 증기의 열에너지를 증가시키는 매체로서 사용됨].

외측 확산기(120)는 내측 확산기(740)에 구조적 지지를 제공하는 에어포일(123)의 세트를 포함한다(도 7을 참조하여 가장 잘 도시됨). 에어포일(123) 중 적어도 2개는 이하에 더 설명되는 바와 같이 베어링 지지 레그를 합체할 것이다.

이제 도 2를 참조하면, 터빈 엔진(100)의 후미 섹션(105)이 도시된다. 방향선(99)은 배기 가스의 유동의 방향을 지시함을 이해할 것이다. 베어링 지지 구조체(210)는 베어링 하우징(220), 내측 베어링(230), 및 본 명세서에서 또한 "제 1 지지 레그" 및 "제 2 지지 레그"로서 언급되는 베어링 지지 레그(245, 255)를 포함한다. 외측 확산기(120) 및 내측 확산기(740)는 명료함을 위해 도 2의 도면으로부터 제외되었다. 베어링 지지 구조체(210)는 베어링 하우징(220) 내의 로터의 후미 단부에 배치된 베어링을 통해 터빈 엔진(100)의 로터(도시되지 않음)를 지지한다. 지지 레그(245, 255)의 제 1 위치(102)는 베어링 하우징(220)과 작동가능하게 연통하여 베어링 하우징(220)을 지지한다. 지지 레그(245, 255)의 제 1 위치(201)는 베어링 하우징(220)을 지지하는 구조 인터페이스를 포함한다. 지지 레그(245, 255)의 제 2 위치(202)는 지지 표면(55)에 장착되거나, 지지 표면(55)에 직접 구조 접속된다. 실시예에 있어서, 지지 레그(245, 255)는 배기 프레임(115)과 독립하여 지지 표면(55)과 직접 구조 접속된다. 실시예에 있어서, 베어링 지지 레그(245, 255) 중 적어도 하나의 제 2 위치(202)는, 각각의 베어링 지지 레그(245, 255)가 피벗 지지체(246, 256)를 중심으로 자유롭게 회전하도록 허용하는 피벗 지지체(246, 256)를 포함한다.

실시예는 2개의 지지 레그(245, 255)를 갖는 것으로 설명되었지만, 본 발명의 범위는 그것에 한정되지 않고, 본 발명은 예를 들어 1개, 3개, 4개 또는 그 이상과 같은 다른 개수의 지지 레그를 갖는 베어링 지지 구조체(210)에 적용할 수 있음을 이해할 것이다.

이제 도 3을 참조하면, 지지 레그(245)가 도시된다. 실시예에 있어서, 예를 들어 지지 레그(245)에 체결된 클램프와 같은, 본 명세서에서 또한 "제 1 구조 인터페이스"로서 언급되는 구조 인터페이스(247)와 협력하여, 지지 레그(245)는 베어링 하우징(220)을 유지하는 링(243)을 형성한다. 링(243)은 중심선(252)을 갖는, 본 명세서에서 또한 "보어(bore)"로서 언급되는 원형 보어(250)를 규정하고, 보어(250)는 베어링 하우징(220)의 외경과 정합하도록 치수결정된다. 실시예에 있어서, 링(243)의 보어(250) 표면은 마찰 방지 재료(251)를 포함한다. 마찰 방지 재료(251)는 베어링 하우징(220)에 대한 링(243)의 회전을 야기하는 데에 필요한 힘의 양을 감소시킬 것이다. 실시예에 있어서, 보어(250)로부터 반경방향 바깥쪽으로 연장 또는 돌출하는 링(243)의 적어도 하나의 플랜지 표면(249) 또는 측면은 마찰 방치 재료(251)를 포함할 것이다. 실시예에 있어서, 마찰 방지 재료(251)는 예를 들어 알루미늄 청동(aluminum bronze)과 같은 부싱 재료(bushing material)를 포함한다. 지지 레그(245)는 예를 들어 보어(250) 및 피벗 지지체(246)와 같은 복수의 피벗을 제공한다.

이제 도 4를 참조하면, 베어링 지지 레그(255)가 도시된다. 예를 들어 클램프와 같은, 본 명세서에서 또한 "제 2 지지 인터페이스"로 언급되는 구조 인터페이스(257)와 협력하여, 베어링 지지 레그(255)는 베어링 하우징(220)을 유지하는 링(253)을 형성한다. 링(253)은 중심선(262)을 갖는, 본 명세서에서 또한 "보어"로 언급되는 원형 보어(260)를 규정하고, 보어(260)는 베어링 하우징(220)의 외경과 정합하고, 그에 의해 베어링 하우징(220)을 유지하도록 치수결정된다. 링(253)은 보어(260)로부터 반경방향 바깥쪽으로 연장하는 적어도 하나의 플랜지 표면(259) 또는 측면을 포함한다. 지지 레그(255)의 실시예는 링(253)의 보어(260)의 표면 상에 배치된 마찰 방지 재료(251)를 포함할 것이다. 실시예에 있어서, 적어도 하나의 플랜지(259)는 마찰 방지 재료(251)를 포함할 것이다. 마찰 방지 재료(251)는 베어링 하우징(220)에 대한 링(253)의 회전을 야기하기에 필요한 힘의 양을 감소시킬 것이다. 지지 레그(255)는, 예를 들어 보어(260) 및 피벗 지지체(256)와 같은 복수의 피벗을 제공한다.

이제 도 4와 함께 도 3을 참조하면, 구조 인터페이스(247, 257) 및 각각의 지지 레그(245, 255) 중 적어도 하나는, 예를 들어 지지 레그(245)의 링(243) 사이에 분리 공간(244)과 같은 분리 공간을 포함할 것임을 이해할 것이다. 분리 공간(244)의 폭은, 예를 들어 지지 레그(255)의 링(253)과 같은, 구조 인터페이스(243, 253) 및 각각의 지지 레그(245, 255) 중 나머지 하나의 일부가 분리 공 간(244) 내에 배치되는 것이 가능하도록 치수설정됨을 더 이해할 것이다. 적어도 하나의 플랜지 표면(249, 259) 상에의 마찰 방지 재료(251)의 배치는 링(243, 253)의 플랜지 표면(249, 259) 사이의 마찰을 극복하는 데에 필요한 힘의 양을 감소시킬 것임을 더 이해할 것이다.

다른 지지 레그(245)의 링(243) 사이에 배치된 하나의 지지 레그(255)의 하나의 링(253)을 갖는 실시예가 설명되었지만, 본 발명의 실시예의 범위는 그것에 제한되지 않고, 하나의 구조 인터페이스 옆에 다른 하나의 구조 인터페이스와 같은 변형 위치설정 배치를 갖는 지지 레그(245, 255)를 포함하는 베어링 지지 구조체(210)로서, 각 지지 레그(245, 255)의 각 구조 인터페이스의 일부가 예를 들어 나머지 구조 인터페이스 및 각각의 지지 레그의 분리 공간 내에 배치된, 상기 베어링 지지 구조체(210)에 또한 적용할 것임을 이해할 것이다. 또한, 원형 링을 갖는 실시예가 설명되었지만, 본 발명의 실시예의 범위는 그것에 제한되지 않고, 변형 기하학적 형상을 포함하는 구조 인터페이스에 또한 적용할 수 있음을 이해할 것이다.

이제 도 5를 참조하면, 베어링 하우징(220)에 대해 전방 또는 배기 가스의 유동의 상류측에 배치된 지지 레그(245, 255), 베어링 하우징(220) 및 내측 배럴(230)을 포함하는 베어링 지지 구조체(210)의 하부 섹션도가 도시된다. 실시예에 있어서, 중심선(221)으로 표시된 베어링 하우징(220)의 중심은 링(243, 253)의 보어(250, 260)의 중심선(252, 262)과 일치함을 이해할 것이다. 실시예에 있어서, 각각의 구조 인터페이스(247, 257)를 포함하는 지지 레그(245, 255) 중 적어도 하 나가 피벗을 포함하여, 베어링 하우징(220)에 대한 회전이 가능할 것이다.

이제 도 6을 참조하면, 베어링 지지 구조체(210)의 단부도가 도시된다. 실시예에 있어서, 베어링 지지 구조체(210)는 피벗 지지체(246, 256)의 각 중심에 배치된 2개의 피벗 포인트(pivot point)(610, 615)와, 베어링 하우징(220)의 중심에 배치된 제 3 피벗 포인트(605)를 포함한다. 지지 표면(55)과 협력하여, 베어링 지지 레그(245, 255)의 3개의 피벗 포인트(605, 610, 615)가 쓰리-바아 링크장치(three-bar linkage)로서 언급되는 것을 제공함을 당업자는 이해할 것이다. 임의의 하나의 피벗 포인트(605, 610, 615)의 운동은 2개의 나머지 피벗 포인트(605, 610, 615)의 운동에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 피벗 포인트(615)는 지지 표면(55)에 부착되고, 임의의 외부 영향에 반응하여 자유롭게 병진할 수 없으며, 피벗 지지체(246)의 피벗 포인트(610)는 방향선(611)에 의해 표시된 바와 같이 수직 방향으로 위치(612)로 병진되게 되는 것을 가정하자. 수직 방향(611)에 있어서의 피벗 포인트(610)의 병진에 반응하여, 피벗 포인트(605)는 방향선(606)으로 표시된 바와 같이 아크 형상으로 피벗 포인트(615)를 중심으로 위치(607)로 회전할 것이다. 피벗 포인트(615)는 병진하지 않을 것이지만, 방향선(616)으로 표시된 바와 같은 회전을 보일 것이다. 따라서, 베어링 하우징(220)의 중심에 대응하는, 피벗 포인트(605)의 위치는 그리고 따라서 터빈 엔진(100)의 로터의 중심은, 대응하는 피벗 지지체(246, 256)의 피벗 포인트(610, 615) 중 적어도 하나의 위치에 있어서 적당한 변화에 의해 규정될 수 있다.

쓰리-바아 링크장치를 형성하는 3개의 피벗 포인트를 갖는 실시예가 설명되 었지만, 본 발명의 실시예의 범위는 그것에 한정되지 않고, 예를 들어 원-바아 링크장치(one-bar linkage)를 형성하는 하나의 피벗 포인트, 투-바아 링크장치(two-bar linkage)를 형성하는 2개의 피벗 포인트 및 포-바아 링크장치(four-bar linkage)를 형성하는 4개의 피벗 포인트와 같은 상이한 개수의 피벗 포인트를 포함하는 베어링 지지 구조체에 또한 적용될 것임을 이해할 것이다.

지지 레그(245, 255)의 재료 특성의 결과로서, 배기 가스의 온도에 반응하여, 지지 레그(245, 255)의 온도에 있어서의 변화는 베어링 지지 레그(245)의 피벗 포인트(605, 610) 사이의 거리의 변화 및 베어링 지지 레그(255)의 피벗 포인트(605, 615) 사이의 거리의 변화로 이어질 것으로 고려된다. 따라서, 지지 표면(55)에 부착된 피벗 포인트(610, 615)에 반응하여, 지지 레그(245, 255)의 온도에 있어서의 변화는 지지 표면(55)에 대한 피벗 포인트(605)의 위치의 변화로 이어질 것이다. 링(243, 253) 중 적어도 하나 및 베어링 하우징(220) 사이에 마찰 방지 재료(251)를 사용하여 링(243, 253)과 베어링 하우징(220) 사이의 회전을 야기하는 데에 필요한 힘의 양을 감소시키는 것은, 그것에 의해 온도 변화로부터 유래하는 지지 레그(245, 255) 내에 있어서의 응력 크기를 감소시킬 것이 고려된다.

일반적으로, 터빈 엔진으로부터 유래하는 터빈 엔진(100)의 구성요소의 온도 변화는 터빈 엔진(100)의 로터를 둘러싼 간극의 변화로 이어질 것이다. 지지 레그(245, 255)의 재료 및 중심(610, 615) 위치의 적당한 선택은, 열적으로 정합하여 터빈 엔진(100)의 로터를 둘러싼 바람직한 간극 및 정렬을 유지하는 열적 반응성의 베어링 지지 구조체(210)를 제공한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "열 적으로 정합"이란, 로터를 둘러싼 간극이 원하는 한계 내에서 유지되는 방식으로, 온도에 반응하여 변화하는 베어링 지지 구조체(210)를 언급한다. 실시예에 있어서, 로터와 스테이터 사이의 중심 일치성이 스테이터 케이스 지지체(125) 및 베어링 지지 레그(245, 255) 중 적어도 하나를 냉각 및 가열하는 것 중 하나에 의해 유지되어, 일시적인 그리고 안정 상태의 열적 성장이 원하는 간극 한계로 귀착된다. 다른 실시예에 있어서, 로터와 스테이터 사이의 중심 일치성은, 베어링 하우징(220)의 중심의 위치에 있어서의 변화에 영향을 주는, 피벗 지지체(246, 256) 중 적어도 하나의 위치를 변화시키는 것에 의해 유지된다. 실시예에 있어서, 피벗 지지체(246, 256)의 위치의 변화는 예를 들어 수압식 또는 공압식 피스톤과 같은 적어도 하나의 위치결정 장치(650)에 의해 수행된다. 실시예에 있어서, 위치결정 장치(650)는 엔진 온도, 엔진 진동 및 측정된 엔진 간극 중 적어도 하나의 신호 표본에 반응하여 로터를 둘러싸는 원하는 간극을 유지한다. 당업자가 이해하는 바와 같이, 신호는 터빈 엔진(100) 데이터 측정 시스템 및 방법을 통해 제공된다.

이제 도 7을 참조하면, 베어링 지지 구조체(210)의 측단면도가 도시된다. 방향선(99)은 터빈 엔진(100)으로부터의 배기 가스의 유동 방향을 나타낸다. 내측 배럴(230)은 배기 가스로부터 베어링을 차폐하고 로터에 냉각을 제공하는 이중 벽 베어링 원뿔체(730)를 포함한다. 내측 확산기(740)는 상술된 바와 같이 외측 확산기(120)의 에어포일(123)에 의해 지지되고, 시일(seal)(745)을 경유하여 내측 배럴(230)과 접속된다. 내측 확산기(740)는 베어링 하우징(220)의 중심(221)으로부터 반경방향 바깥쪽으로 배치되어, 외측 확산기(120)에 의한 배기 가스의 온도로부 터의 배기 프레임(115)의 차폐와 유사한 방식으로, 배기 가스의 온도로부터 베어링 하우징(220)을 차폐한다. 절연 팩(insulation pack)(710)은 베어링 하우징(220)을 둘러싸고, 절연 팩(710)과 베어링 하우징(220) 사이의 공간의 체적을 감소시키도록 치수결정된다. 따라서, 베어링 하우징(220)의 냉각을 위해 필요한, 공기 유동 라인(720)에 의해 표시된, 공기와 같은 냉각 매체의 유량은 감소된다. 실시예에 있어서, 내측 배럴(230)은 베어링 하우징(220)에 부착된다. 다른 실시예에 있어서, 내측 배럴(230)은 지지 레그(245, 255) 중 적어도 하나에 직접적으로 부착된다. 다른 실시예에 있어서, 내측 배럴(230)은 베어링 하우징(220)의 일체적 부분이다. 내측 배럴(230)을 위한 지지는 배기 프레임(115)에 부착된 스트러트를 필요로 하지 않기 때문에, 에어포일(123)의 크기 및 개수는 감소될 수 있고, 이에 의해 에어포일(123)과 관련된 공기역학적 효율 손실을 감소시킨다.

상술된 바와 같이, 로터와 스테이터 사이의 간극은, 터빈 엔진(100) 바깥쪽에 위치된 피벗 지지체(246, 256)의 위치에 대한 조정을 통해 변화될 수 있다. 또한, 본 명세서에 개시된 베어링 지지 구조체(210)의 사용은 그러한 조정이 터빈 엔진(100) 조립에 후속하여 행해지도록 허용할 것이다. 조립에 후속하는 간극의 외부 조정은 터빈 조립 시간, 현지 보수 시간 및 기계-대-기계 간극 변화를 감소시켜, 보다 엄격한 설계 간극 및 효율 개선을 허용할 것으로 고려된다. 실시예에 있어서, 베어링 지지 구조체(210)의 강성은 지지 레그(245, 255) 기하학적 형상을 변경하여 로터의 동적 반응을 증대시킴으로써 조정될 수 있고, 이것은 설계 목적을 충족하는 그러한 동적 반응을 허용한다. 베어링 지지 구조체(210)의 사용은 터빈 엔진(100)의 후방 섹션(105)에서 로터와 스테이터 사이의 상호작용을 해제하고, 시스템의 지지 표면(55)에 로터의 보다 직접적인 하중 경로를 제공한다. 당업자가 이해하는 바와 같이, 예를 들어 지진 사건 또는 회전하는 하드웨어의 고장과 같은 비상 하중 사건의 효과는, 종종 플랜지(111)와 같은 플랜지의 증가된 부하, 예를 들어 플랜지의 미끄러짐 및 추가의 구조적 손상으로 이어진다. 스테이터로부터 로터를 해제하는 것은 그러한 효과로 이어지는 동적 반응을 감소시킬 수 있다.

베어링 지지 구조체(210)는 내측 배럴(230)을 배기 프레임(115)에 접속시키는 구조용 강 스트러트 중 적어도 하나를 제거함으로써 터빈 엔진(100)의 냉각 요구를 감소시키고, 이것은 냉각 공기를 필요로 하는 배기 프레임(115) 내측 공간의 체적과, 외측 확산기(120)의 상류측에서 종결하는 축방향 길이를 갖도록 구성된 배기 프레임(115)의 사용을 감소시킨다. 냉각 요구에 있어서의 감소는 터빈 엔진(100) 상에 있어서의 보조 송풍기 부하의 감소를 제공한다.

내측 배럴(230)을 지지하는 스트러트의 제거, 및 스트러트와 에어포일(123) 사이를 유동하는 냉각 공기는, 외측 확산기(120) 및 배기 프레임(115) 내에 있어서의 열응력을 감소시킨다. 확산기(120)의 크래킹(cracking) 및 배기 프레임(115)의 낮은 사이클 피로는 열응력 감소의 결과로서 개선될 것이다.

전술한 내용에 비추어, 베어링 지지 구조체(210)의 사용은 지지 표면(55)에 부착된 터빈 엔진(100)의 로터 간극을 조정하는 방법을 촉진한다. 실시예에 있어서, 본 방법은 베어링 하우징(220)과 작동가능하게 연통하는 그리고 지지 표면(55)과 직접 구조 접속(direct structural connection)된 지지 레그(245, 255) 중 적어 도 하나의 위치를 조절하는 단계를 포함한다. 실시예에 있어서, 조정은 터빈 엔진(100)의 조립에 후속하여 수행된다. 실시예에 있어서, 조정은 현장에서 기술자에 의해 손으로 수행된다. 다른 실시예에 있어서, 베어링 지지 구조체(210)는 터빈 엔진(100)에 열적으로 정합되고, 조정은 지지 레그(245, 255)의 열적 특성의 특질에 의해 터빈 엔진(100)의 온도에 반응한다.

다른 실시예에 있어서, 본 방법은 터빈 엔진(100) 온도와 임박한 또는 초기의 로터 간섭 상황과 관련될 수 있는 터빈 엔진(100) 진동 중 적어도 하나와 관련된 정보, 및 측정된 그리고 유도된 터빈 엔진(100) 간극 정보 중 적어도 하나와 관련된 정보의 신호 표본을 얻는 단계를 더 포함한다. 본 방법은 신호에 반응하여 위치결정 장치(650)를 통해 지지 레그(245, 255) 중 적어도 하나의 제 2 위치(202)의 위치를 조정하여 터빈 엔진(100)의 로터 간극을 조정하는 단계를 더 포함한다.

개시된 바와 같이, 본 발명의 몇몇 실시예는 다음의 몇몇 장점, 즉 로터 베어링 하우징으로부터 배기 프레임 케이싱 벽 및 스트러트의 열적 반응을 해제하여, 일시적인 그리고 안정 상태 응력을 감소시키고, 배기 프레임의 낮은 사이클 피로 성능을 증대시키는 능력; 배기 프레임의 냉각 요구를 감소시키고 적어도 한 세트의 송풍기를 제거하여, 터빈의 신뢰성을 증가시키는 능력; 외부 정렬 가능성을 제공함으로써 최초의 조립 동안 그리고 현장에서 기계-대-기계 간극 변화를 감소시키는 능력; 스트러트를 제거하고 에어포일 크기 및 총 개수를 감소시킴으로써 확산기 공기역학적 성능을 향상시키는 능력; 내측 배럴에 필요한 냉각을 감소시킴으로써 냉각 배관이 통과하여 연장하는 맨웨이(manway) 총 개수를 감소시키는 능력; 로터와 스테이터 사이의 기계적 상호작용을 해제하고, 비상 하중 상황 동안 터빈에 대한 손상을 감소시키는 능력; 배기 프레임을 제거함이 없이 외측 확산기를 교체하고, 그것에 의해 외측 확산기 교체 필요에 반응하여 운전정지 시간을 감소시키는 능력; 다수의 배관 시스템을 감소시켜, 터빈의 상반부(upper half)의 제거 필요에 반응하여 초기 현장 설치 및 수리 시간을 감소시키는 능력; 배기 프레임과 관련된 그리고 시스템과 관련된 제조 비용을 감소시키는 능력; 외측 확산기의 수평 조인트에 접근하여 볼트결합된 플랜지를 포함하는 능력; 및 에어포일 내측에 있어서의 냉각을 감소시켜, 외측 확산기 크래킹으로 이어질 수 있는 외측 확산기 상에서의 열응력을 감소시키는 능력을 포함한다.

본 발명은 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 변경이 행해질 수 있고, 구성요소는 동등물로 대체될 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 추가하여, 본 발명의 본질적인 범위로부터 벗어남이 없이 특정 상황 또는 재료를 본 발명의 교시에 적용하기 위해 많은 변형이 행해질 수 있다. 따라서, 본 발명은 최선으로서 또는 본 발명을 실시하기 위해 고려된 모드로서만 개시된 특정 실시예에 제한되지 않고, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범위 내의 모든 실시예를 포함하는 것으로 의도된다. 또한, 도면 및 설명에, 본 발명의 예시적인 실시예가 개시되고, 비록 특정 용어가 채용되었지만, 이것들은 달리 언급되지 않는 한 포괄적이고 설명의 의미로서만 사용된 것으로서 제한의 목적으로 사용된 것은 아니며, 따라서 본 발명의 범위는 그것에 제한되지 않는다. 더욱이, 제 1, 제 2 등과 같은 용어의 사용은 임의의 순서나 중요도를 나타내는 것이 아니 고, 제 1, 제 2 등과 같은 용어는 하나의 요소로부터 다른 요소를 구별하기 위해 사용되었다. 또한, 단수, 복수 등과 같은 용어의 사용은 양의 제한을 나타내지 않고, 언급된 항목 중 적어도 하나의 존재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터빈 엔진의 하류측 섹션을 도시하는 도면,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 베어링 지지 구조체의 단부 사시도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 베어링 지지 레그의 평면 사시도,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 베이링 지지 레그의 평면 사시도,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 베어링 지지 구조체의 하부 단면도,

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 베어링 지지 구조체의 단부도,

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 베어링 지지 구조체의 측단면도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

55 : 지지 표면 100 : 터빈 엔진

201 : 제 1 위치 202 : 제 2 위치

220 : 하우징 245 : 지지 레그

250, 260 : 원형 보어 251 : 마찰 방지 재료

Claims

지지 표면(55) 상에 배치된 터빈 엔진(100)의 로터를 지지하는 장치에 있어서,

하우징(220)과,

상기 하우징(220) 내에 배치된 로터 지지 베어링과,

상기 하우징(220)과 작동가능하게 연통하고, 상기 지지 표면(55)과 직접 구조적으로 접속(direct structural connection)하는 지지 레그(245)를 포함하는

로터 지지 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 지지 레그(245)는,

제 1 위치(201)에서 상기 하우징(220)과 작동가능하게 연통하는 구조 인터페이스(247)와,

제 2 위치(202)에 배치된 피벗(pivot)(246)을 포함하는

로터 지지 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 구조 인터페이스(247)는 원형 보어(bore)(250, 260) 및 피벗(605) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 원형 보어(250)는 상기 원형 보어 상에 배치된 마찰 방지 재료(251)를 포함하는

로터 지지 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 지지 레그(245)는 제 1 지지 레그(245)를 포함하고,

상기 장치는, 상기 하우징(220)과 작동가능하게 연통하고, 상기 지지 표면(55)과 직접 구조 접속된 제 2 지지 레그(255)를 더 포함하는

로터 지지 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 지지 레그(245)는 제 1 지지 레그(245)를 포함하고,

상기 장치는, 상기 하우징(220)과 작동가능하게 연통하고, 상기 지지 표면(55)과 직접 구조 접속된 제 2 지지 레그(255)를 더 포함하며,

상기 제 1 지지 레그(245)는 복수의 피벗(246, 605)을 포함하며,

상기 제 2 지지 레그(255)는 복수의 피벗(256, 605)을 포함하며,

상기 제 1 지지 레그(245), 상기 제 2 지지 레그(255) 및 상기 지지 표면(55)은 3-바 링크장치(three-bar linkage)를 규정하는

로터 지지 장치.
지지 표면(55) 상에 배치하기 위한 터빈 엔진(100) 시스템에 있어서,

스테이터와,

상기 스테이터 내에 배치된 로터와,

상기 로터와 작동가능하게 연통한 로터 지지 베어링과,

상기 로터 지지 베어링(210)을 둘러싸는 하우징(220)과,

상기 하우징(220)과 작동가능하게 연통하고, 상기 지지 표면(55)과 직접 구조 접속된 지지 레그(245)를 포함하는

터빈 엔진 시스템.
제 6 항에 있어서,

상기 지지 레그(245)는,

제 1 위치(201)에서 상기 하우징(220)과 작동가능하게 연통하는 구조 인터페이스(247)와,

제 2 위치(202)에 베치된 피벗(246)을 포함하는

터빈 엔진 시스템.
제 7 항에 있어서,

상기 구조 인터페이스(247)는 원형 보어(250, 260) 및 피벗(605) 중 적어도 하나를 포함하고,

상기 구조 인터페이스(247)는 상기 원형 보어(250)로부터 반경방향 바깥쪽으로 돌출하는 적어도 하나의 플랜지 표면(249)을 포함하며,

적어도 하나의 플랜지 표면(249)은 상기 플랜지 표면(249) 상에 배치된 마찰 방지 재료(251)를 포함하는

터빈 엔진 시스템.
제 6 항에 있어서,

상기 지지 레그(245)는 제 1 지지 레그(245)를 포함하고,

상기 시스템은, 상기 하우징(220)과 작동가능하게 연통하고, 상기 지지 표면(55)과 직접 구조 접속된 제 2 지지 레그(255)를 더 포함하는

터빈 엔진 시스템.
제 6 항에 있어서,

상기 지지 레그(245)는 제 1 지지 레그(245)를 포함하고,

상기 시스템은, 상기 하우징(220)과 작동가능하게 연통하고, 상기 지지 표면(55)과 직접 구조 접속된 제 2 지지 레그(255)를 더 포함하며,

상기 제 1 지지 레그(245)는 상기 하우징(220)과 작동가능하게 연통하는 제 1 구조 인터페이스(247)를 포함하며,

상기 제 2 지지 레그(255)는 상기 하우징(220)과 작동가능하게 연통하는 제 2 구조 인터페이스(257)를 포함하며,

상기 제 1 구조 인터페이스(247) 및 상기 제 2 구조 인터페이스(257) 중 적어도 하나는 분리 공간(244)을 포함하며,

상기 제 1 구조 인터페이스(247) 및 상기 제 2 구조 인터페이스(257) 중 나머지 하나의 일부는 상기 분리 공간(244) 내에 배치된

터빈 엔진 시스템.