KR20100004831U - 일체형 압력전달 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 가스터빈엔진의 엔진 내부 온도와 압력 등을 측정하기 위해 엔진 내부에 설치되는 압력전달 장치에 관한 것으로,

엔진 내벽에 삽입, 고정되는 헤더부와 상기 엔진의 내부에 노출되는 몸체부와, 상기 몸체부의 일면을 따라서 복수개가 설치되어 공기의 흐름을 안정화시키는 키엘부와, 상기 키엘부의 내부에는 몸체부와 헤더부 내부로 이어지는 압력전달수단이 구비된 압력전달 장치에 있어서,

상기 헤더부와 몸체부와 키엘부는 일체로 형성되며, 상기 헤더부와 몸체부와 키엘부의 내부에는 압력전달 수단인 압력홀이 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 일체형 압력전달 장치에 관한 것이다.

따라서, 본 고안의 일체형 압력전달 장치는 엔진 내부의 고온, 고압 하에서 열화로 인한 수명단축을 효과적으로 방지하고, 안정성과 신뢰성이 우수한 가스정보를 제공할 수 있다.

엔진, 일체형, 전달, 압력홀, 키엘부

Description

일체형 압력전달 장치 {SINGLE BODY RAKE INSTRUMENT FOR PRESSURE MEASUREMENT}

본 고안은 발전소, 기관차, 선박 및 항공기 등에 사용되는 가스터빈엔진의 출력에 관여하는 가스 상태측정에 관한 것으로, 온도와 압력 중 하나 또는, 둘 모두를 측정하기 위해 엔진 내부에 설치되는 압력전달 장치(rake instrument)에 관한 것이다.

기본적으로 가스터빈엔진은 흡입된 공기를 압축시키는 압축기, 분사된 연료가 연소되는 연소기, 연소되어 고온, 고압의 가스를 기계적 에너지로 바꾸어주는 터빈으로 이루어져 있으며, 배기가스는 배기구로 빠져나가게 된다. 본 고안이 속하는 압력전달 장치(rake instrument)는 상기 압축기의 입구 또는 연소기의 출구 내벽에 고정되며, 엔진의 내부에 유동하는 공기의 흐름에 대해 직각으로 설치되는 일종의 압력 및 온도를 측정하기 위한 프로브(Probe)이다.

일반적으로, 종래의 압력전달 장치는 엔진의 내벽에 삽입, 고정되는 헤더부(a)와 상기엔진의 내부에 노출되는 몸체부(b), 상기 몸체부(b)의 일면을 따라서 복수로 설치되어 공기의 흐름을 안정화시키는 키엘부(c)(kiel portion)를 포 함하여 구성된다.

상기 키엘부(c)의 내부에는 압력센서가 압력을 감지할 수 있도록 헤더부(a) 안쪽으로 압력을 전달해 주는 압력관이 접합 구성되어 있다.

또한, 상기 키엘부(c)는 몸체부(b)의 일면으로 소정의 길이만큼 돌출하여 있으며, 원형 혹은 타원형으로 그 길이방향을 따라 중공이 형성되어 있고, 외주면에는 복수의 통공(g)이 형성되어 있다. 키엘부(c)의 내부에는 엔진내부의 압력을 감지하기 위한 압력관이 중공을 통하여 몸체부(b)에 접합되어 있다.

이때, 키엘부(c)의 전면에 형성된 중공을 통하여 유동하는 공기가 유입되면, 공기의 압력이 압력관으로 전달되어 압력센서가 엔진 내부의 전체적인 혹은 부분적인 압력을 측정하여 엔진 내부에 유동하고 있는 공기의 흐름을 인지할 수 있게 되며, 유입된 일부 공기는 상기 통공(g)으로 빠져나가게 된다.

도 1 내지 3에서 나타낸 바와 같이 종래에는 일반적으로 전장이 약 10㎝ 가량으로 작은 압력전달 장치는 키엘부(c), 몸체부(b), 헤더부(a) 그리고 압력관이 각각 복수 개의 구성품으로 구성되어 이를 결합하기 위해서는 용융용접 또는 브레이징 방법 등을 사용하여 접합하게 되어 다수의 용융접합부(f)를 가지게 된다.

따라서, 정밀하고 소형인 각 구성품을 접합하기 위해서는 고도의 수작업이 요구되기 때문에 미숙련공이 작업할 경우 제품의 불량률이 높아지고 수작업으로 인한 생산효율이 저하되는 문제점이 발생하게 된다. 또한, 용융접합부(f)는 엔진 운용중에 고온, 고압 가스에 노출되기 때문에 열화, 부식되거나 크랙이 발생할 여지가 크기 때문에 내구성과 신뢰성에 그 한계가 있어 사용기간이 단축되는 문제점이 발생하게 된다.

본 고안은 상술한 바와 같이 종래 기술상의 제반 문제점들을 해결하고자 창출한 것으로, 엔진 내부의 고온 및 고압 하에서 압력전달 장치의 열화로 인한 수명단축을 효과적으로 방치하고, 안정성과 신뢰성이 우수한 압력전달 장치에 관한 것이다.

본 고안은 상기한 목적을 해결하기 위해,

엔진 내벽에 삽입, 고정되는 헤더부와 상기 엔진의 내부에 노출되는 몸체부(b)와, 상기 몸체부의 일면을 따라서 복수개가 설치되어 공기의 흐름을 안정화시키는 키엘부와, 상기 키엘부의 내부에는 몸체부와 헤더부 내부로 이어지는 압력관이 접합 구비된 압력전달 장치에 있어서,

상기 헤더부와 몸체부와 키엘부는 일체로 형성되며, 상기 헤더부와 몸체부와 키엘부의 내부에는 압력홀이 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 일체형 압력전달 장치를 제공하게 된다.

본 고안에 따르면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 본 고안의 각 부품인 헤더부, 몸체부 및 키엘부를 일체화함으로써, 고온, 고압 하의 엔진에서 수명단축을 효과적으로 방지할 수 있다.

둘째, 본 고안의 제작시 조립과정이 필요치 않아 정밀 수작업을 제거함으로 써, 제작을 간소화할 수 있다.

셋째, 엔진 내벽의 굴곡 형상과 동일하게 헤더부의 하단을 구성함으로써, 엔진 내부에 유동하는 공기의 흐름에 대한 간섭을 최소화할 수 있다.

본 고안은 엔진 내벽에 삽입, 고정되는 헤더부(a)와 상기 엔진의 내부에 노출되는 몸체부(b)와, 상기 몸체부(b)의 일면을 따라서 복수개가 설치되어 공기의 흐름을 안정화시키는 키엘부(c)와, 상기 키엘부(c)의 내부에는 몸체부(b)와 헤더부(a) 내부로 이어지는 압력전달수단이 구비된 압력전달 장치에 있어서,

상기 헤더부(a)와 몸체부(b)와 키엘부(c)는 일체로 형성되며, 상기 헤더부(a)와 몸체부(b)와 키엘부(c)의 내부에는 압련전달 수단인 압력홀(e)이 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 일체형 압력전달 장치에 관한 것이다.

이때, 상기 키엘부(c)의 선단부는 외부면에서 내주면으로 갈수록 경사져 있는 테이퍼부로 이루어져 있을 수 있고, 상기 압력홀(e)의 선단부인 감지입구(d)는 외부면에서 내주면으로 갈수록 경사져 있는 테이퍼부로 이루어져 있을 수 있다.

또한, 상기 헤더부(a)는 엔진 내벽의 굴곡과 동일한 형태의 헤더부(a) 하단을 가질 수 있다.

또한, 상기 압력전달 장치는 온도와 압력을 동시에 측정하기 위해 상기 키엘부(c) 내부에 별도의 온도감지 홀이 설치될 수 있다.

본 고안에 따른 일체형 압력전달 장치는 스테인리스 소재를 사용하여, 정밀하고 소형의 압력전달 장치를 제조하기 위해 방전가공(EDM, Electric Discharge Machine)과 와이어 컷팅(wire-cutting) 방법에 의해 접합부위가 없이 일체의 몸체로 성형된 형상으로 제작될 수 있다.

상기 방전가공은 전기 가공법의 일종으로 방전현상을 인공적으로 설정하여 그 에너지를 이용한 가공방법으로, 미세한 구멍이나 홈 가공이 가능하고 가공표면의 열변질층, 두께가 균일하며 마무리 가공이 쉬워 가공면이 균일하여 고정밀도 가공에 유리하다.

상기 와이어 컷팅 방법은 강한 장력이 부여된 와이어와 가공물 사이에 방전을 일으켜 가공하는 것을 말하는데, 레이저가공과 같은 열변형이나 물리적 힘에 의한 변형이 없으므로 미세하고 복잡한 고정밀도 가공에 적합하다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 고안을 상세하게 설명하기로 한다.

도 1 내지 3은 일반적인 종래의 압력전달 장치를 나타낸 것이다. 도면에서 나타낸 바와 같이 몸체부(b)와 헤더부(a)는 용융접합되어 있고 키엘부(c)와 몸체부(b)도 용융접합되어 있으며 중공으로 된 몸체부(b)의 내부에도 압력관(j)과 접합되는 부분은 용융접합되어 있고 상기 몸체부(b)의 상단 및 하단도 용융접합되어 있기 때문에 상기 다수의 용융접합부(f)는 고온의 가스에 노출됨으로써 내구성과 신뢰성에 한계를 갖게 된다.

도 4는 본 고안의 따른 일체형 압력전달 장치가 엔진에 삽입, 고정된 모습을 나타낸 것이고 도 5는 본 고안의 일체형 압력전달 장치의 단면도를 나타낸 것이다.

본 고안은 해더부, 몸체부(b) 및 복수로 형성된 키엘부(c)가 접합부위 없이 한 몸체로 성형되어 있다. 그러므로 본 고안은 종래기술과 달리 상기 키엘부(c) 내 부에 공기압력을 전달하기 위해 접합되어 설치된 압력관(j)이 필요하지 않고 키엘부(c) 내부에 형성된 압력을 전달하는 감지입구(d)를 따라 공간이 없이 채워진 몸체부(b)에 엘자(L자) 모양으로 가공된 압력홀(e)이 형성되어 있다.

따라서 종래에는 압력관(j)이 키엘부(c) 내부에 접합되어 형성하고 있으므로 접합된 말단에서는 접합부위에서의 형상 차이와 접합재료에 의한 열전도 등의 차이로 인해 오차가 발생하여 정밀한 압력을 측정하기 곤란한 문제점이 있었으나, 본 고안같이 압력관(j)이 접합하지 않고 압력홀(e)이 일체형으로 성형되어 있으므로 접합에 의한 오차가 발생하지 않아 정밀한 압력 측정이 가능하게 된다.

상기 키엘부(c)로 진입하는 가스는 엔진 내부로부터 불규칙하게 여러 방향에서 유입되어 흐르므로, 정밀한 압력의 측정이 어려워지게 된다. 본 고안은 상기의 문제점을 방지할 수 있도록, 도 5에 나타낸 바와 같이 상기 몸체와 수직으로 형성된 환형 키엘부(c)의 선단부가 외주면에서 내주면으로 갈수록 경사진 테이퍼(taper)부를 갖도록 가공하여 엔진 내부로부터 유입되는 가스의 흐름을 안정화시킨다.

또한, 상기 키엘부(c)의 측면으로는 키엘부(c)의 내부로 유입된 가스를 원활하게 배출할 수 있도록 복수의 통공(g)이 형성되어 있다.

상기 키엘부(c)의 내부에는 감지입구(d)가 형성되어 있는데, 상기 감지입구(d)는 압력홀(e)의 선단 부위에 위치해 있다. 상기 감지입구(d)의 선단부는 외주면에서 내주면으로 갈수록 경사진 테이퍼부를 갖도록 가공하여 엔진 내부로부터 유입되는 가스의 흐름을 안정화시킨다.

더욱이 본 고안의 상기 헤더부(a)는 도 4에 나타낸 바와 같이 엔진 내벽에 삽입, 고정되기 때문에 내벽의 굴곡과 동일한 형태의 헤더부(a) 하단으로 가공되어 있다. 상기 형태의 헤더부(a) 하단은 가스 흐름의 간섭을 줄임으로써 터빈 효율을 떨어뜨리지 않고, 안정된 가스의 키엘부(c) 유입을 도와주게 된다.

본 고안의 키엘부(c)는 몸체부(b)의 전면에 수직으로 설치되며 몸체부(b)의 일면을 따라 일정한 간격으로 형성되어 있고, 이러한 감지입구(d)의 상대적인 위치는 엔진 내부의 가스 유로(流路) 단면적에 따라 선택할 수 있다. 또한, 일체형 압력전달 장치의 길이는 상기 유로 단면 지름의 1/2~ 2/3 정도의 길이로 형성함이 바람직하다.

본 고안은 도 5에 나타낸 바와 같이 압력홀(e)은 공간이 없는 몸체부(b)와 헤더부(a)까지 엘자(L자) 형상으로 가공되어 이어져 있어, 원활하게 엔진 내부의 압력을 감지센서까지 전달하게 되어 정밀한 압력을 측정하게 된다.

본 고안인 일체형 압력전달 장치는 압력뿐만 아니라 온도를 동시에 측정할 수 있다. 온도를 측정하기 위해서는 상기 압력전달 장치에, 별도의 온도감지 홀을 설치해야 하는데, 바람직하게는 도 7에 나타낸 바와 같이 온도감지 홀을 키엘부(c) 내부에 압력 홀과 함께 매설하는 것이 배기가스의 흐름의 간섭을 최대한 줄일 수 있어 정밀한 온도측정이 가능하고 전체 구성이 컴팩트해 진다.

따라서, 본 고안의 일체형 온도 및 압력전달장치는 온도 및 압력을 측정하기 위한 별도의 장치를 설치하지 않는 대신 한 장치에서 온도 및 압력 측정장치가 모두 설치되므로 제조가 용이하고 각 구성이 컴팩트하게 이루어져 있으므로 정밀하고 소형의 온도 및 압력전달 장치를 필요로 하는 분야에 이용할 수 있게 된다.

상기 온도감지 홀은 상단부에는 일단에 측온접점을 갖는 열전대와, 상기 열전대의 타단에 고정되는 단자함과, 상기 단자함에 고정되고 상기 열전대와 연결된 단자로 이루어져 있는 것을 사용하여 정밀한 온도측정을 할 수 있게 된다.

도 1은 종래 압력전달 장치의 예시도이다.

도 2는 도 1의 키엘부를 도시한 상세도이다.

도 3은 도 1의 키엘부를 절단하여 도시한 단면도이다.

도 4는 본 고안의 따른 일체형 압력전달 장치가 엔진내부에 설치된 것을 도시한 것이다.

도 5는 본 고안의 일체형 압력전달 장치의 키엘부를 확대 도시한 것이다.

도 6는 도 4를 절단하여 도시한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

a : 헤더부 b : 몸체부

c : 키엘부 d : 감지입구

e : 압력홀 f : 용융접합부

g : 통공 j : 압력관

k : 키엘부 테이퍼부 l : 감지입구 테이퍼부

100 : 엔진내벽

Claims (6)

1. 엔진 내벽에 삽입, 고정되는 헤더부와 상기 엔진의 내부에 노출되는 몸체부와, 상기 몸체부의 일면을 따라서 복수개가 설치되어 공기의 흐름을 안정화시키는 키엘부와, 상기 키엘부의 내부에는 몸체부와 헤더부 내부로 이어지는 압력전달 수단이 구비된 압력전달 장치에 있어서,

   상기 헤더부와 몸체부와 키엘부는 일체로 형성되며, 상기 헤더부와 몸체부와 키엘부의 내부에는 압력전달 수단인 압력홀이 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 일체형 압력전달 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 키엘부의 선단부는 외부면에서 내주면으로 갈수록 경사져 있는 테이퍼부로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 일체형 압력전달 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 압력홀의 선단부인 감지입구는 외부면에서 내주면으로 갈수록 경사져 있는 테이퍼부로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 일체형 압력전달 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 헤더부는 엔진 내벽의 굴곡과 동일한 형태의 헤더부 하단을 갖는 것을 특징으로 하는 일체형 압력전달 장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 압력전달 장치는 온도와 압력을 동시에 측정하기 위해 상기 키엘부 내부에 별도의 온도감지 홀이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 일체형 압력전달 장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 압력홀은 방전(EDM, Electric Discharge Machine) 가공과 와이어 컷팅(wire-cutting) 가공 방법에 의해 접합부위가 없이 일체의 몸체로 성형된 형상을 갖게 되는 것을 특징으로 하는 일체형 압력전달 장치.

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