KR20130064025A - 유체 회전 기계 - Google Patents

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Abstract

윤활유를 저류하는 유조와, 유조에 저류하는 윤활유중의 수분을 검출하는 수분 검출기와, 수분 검출기가 수분을 검출했을 때에 운전을 정지하는 제어 수단을 갖는 유체 회전 기계이며, 유조는, 저벽이 경사지고, 저벽의 가장 낮은 위치에 더 하방으로 돌출되는 트랩부를 구비하고, 상기 트랩부에 수분 검출기가 설치되어 있고, 트랩부의 용적은 윤활유의 전체량의 0.2% 내지 3.0% 사이이다. 이와 같은 구성에 의해, 윤활유에 수분이 혼입했을 때에, 안전하게 정지할 수 있다.

Description

유체 회전 기계{ROTARY FLUID MACHINE}
본 발명은 회전력에 의해 유체를 송출 또는 압축하는 회전 펌프, 또는 유체의 압력에 의해 회전력을 발생하는 유체압 모터와 같은 유체 회전 기계, 보다 상세하게는 증기 또는 물을 포함하는 유체의 압력 또는 운동 에너지와 회전축의 회전력사이에서 에너지 변환하는 유체 회전 기계에 관한 것이다.
많은 유체 회전 기계에서는, 베어링 등을 윤활하는 윤활유를 펌프를 사용해서 순환시키는 시스템을 구비하는 것이 적지 않다. 이러한 장치에서는, 일단 윤활유를 순환시키는 시스템 중 1개소로부터, 예를 들어 1개의 베어링으로부터 윤활유에 증기나 드레인 등의 수분이 혼입하면, 수분이 혼입된 윤활유가 다른 베어링 등의 모든 윤활 부분에 공급되어, 각 부의 기능 저하나 손상을 초래하게 된다.
그러나, 종래의 유체 회전 기계에서는, 축봉의 완전성을 보증하는 것은 어렵다. 예를 들어, 회전축과 케이싱 사이에 형성된 시일 공간에 압축 공기를 공급하는 형식의 축봉 장치를 사용한 증기용 유체 회전 기계에 있어서, 압축 공기의 공급을 완전하게 보증할 수는 없다. 또는, 예를 들어 스크류 로터의 윤활 및 시일을 위해 물을 사용하는 물분사식 스크류 압축기에 있어서도, 압축 공기를 사용한 시일 장치나, 립 시일에 의해, 물이 베어링에 침입하는 것을 방지하고 있지만, 마찬가지로 윤활유에 물이 혼입될 위험성이 있다.
「베어링의 건강 관리」, NTN 주식회사, CAT. NO. 3017/J, P6에는, 수분의 허용량에 대해서, 0.2체적%의 수분 혼입이 윤활유의 교환 한도라는 기재가 있다. 그러나, 종래의 유체 회전 기계에서는, 윤활유에 증기나 드레인이 혼입해도, 실제로 문제가 발생하기 전까지는 수분의 혼입을 알아차릴 수 없어, 큰 손해를 발생시킨다는 문제가 있었다.
상기 문제점에 감안해서, 본 발명은 윤활유에 수분이 혼입되었을 때에, 안전하게 정지할 수 있는 유체 회전 기계 및 윤활유에 수분이 혼입되기 어려운 유체 회전 기계를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은, 증기 또는 물을 포함하는 유체의 압력 또는 운동 에너지와 회전축의 회전력 사이에서 에너지 변환하는 유체 회전 기계이며, 상기 유체 회전 기계에 공급되는 윤활유를 저류하는 유조와; 상기 유조에 저류하는 상기 윤활유중의 수분을 검출하는 수분 검출기; 및 상기 수분 검출기가 소정량 이상의 수분을 검출했을 때에 운전을 정지하는 제어 장치로 이루어진다.
이 구성에 따르면, 수분이 침강 분리하기 쉬운 유조에 있어서 수분을 검출하므로, 비교적 용이하게 수분을 검출할 수 있고, 수분을 검출했을 때에는 운전을 정지하므로, 장치가 손상에 이르지 않는다. 또한, 베어링 등이 손상되기 전에, 물의 배출 및 오일의 교환을 촉진할 수 있어, 장치의 수명이 길어진다.
상기 본 발명의 유체 회전 기계에 있어서, 상기 유조는, 저벽이 경사지고, 상기 저벽의 가장 낮은 위치에 더 하방으로 돌출되는 트랩부를 구비하고, 상기 트랩부에 상기 수분 검출기가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
이 구성에 따르면, 침강한 수분을 작은 트랩부에 모음으로써, 트랩부에 있어서의 수분의 층의 두께가 커지므로, 수분의 검출이 용이하다.
상기 트랩부의 용적은 상기 윤활유 전체량의 0.2% 내지 3.0% 사이인 것이 바람직하다.
이 구성에 따르면, 윤활유에 혼입이 허용되는 수분의 비율의 상한값에 상당하는 양의 물이 저류된 것을 검지하는데 좋다.
상기 유조는 저부의 상기 트랩부로부터 이격된 위치에 배출구를 구비하고, 상기 배출구로부터 상기 윤활유를 취출하고, 상기 유체 회전 기계의 소정의 부위에 상기 윤활유를 공급하는 순환 펌프를 갖는 것이 바람직하다.
이 구성에 따르면, 트랩부에 저류된 물을 순환 펌프에 끌어들이는 일 없이, 윤활유만을 유체 회전 기계의 소정의 부위로 공급할 수 있다.
상기 수분 검출기로서는, 정전 용량식 센서를 사용할 수 있다.
이 구성에 따르면, 소형의 센서가 제공되고 있고, 검출 정밀도가 높고, 메인터넌스도 용이하다.
또한, 본 발명은, 증기 또는 물을 포함하는 유체의 압력 또는 운동 에너지와 회전축의 회전력 사이에서 에너지 변환하는 유체 회전 기계이며, 상기 유체 회전 기계에 공급되는 윤활유를 저류하는 유조를 갖고, 상기 유조는, 저벽이 경사지고, 상기 저벽의 가장 낮은 위치에 더 하방으로 돌출되는 트랩부를 구비하고, 상기 유조는 저부의 상기 트랩부로부터 이격된 위치에 배출구를 구비하고, 상기 배출구로부터 상기 윤활유를 취출하고, 상기 유체 회전 기계의 소정의 부위에 상기 윤활유를 공급하는 순환 펌프를 갖는다.
이 구성에 따르면, 트랩부에 저류된 물을 순환 펌프에 끌어들이는 일 없이, 윤활유만을 유체 회전 기계의 소정의 부위에 공급할 수 있다.
상기 트랩부에 상기 수분 검출기가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 수분 검출기가 소정량 이상의 수분을 검출했을 때에 운전을 정지하는 제어 장치를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 트랩부의 용적은 상기 윤활유의 전체량의 0.2% 내지 3.0% 사이인 것이 바람직하다.
상기 수분 검출기로서는, 정전 용량식 센서를 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 유체 회전 기계의 하나의 실시형태인 증기 구동식 2단 압축 장치의 구성도.
도 2는 도 1의 증기 구동 압축기의 유조를 구성하는 케이싱부의 사시도.
도 3은 도 2의 케이싱부의 단면도.
이어서, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1에, 본 발명의 유체 회전 기계의 하나의 실시형태인 증기 구동식 2단 압축 장치(1)의 구성을 도시한다. 본 실시형태의 압축 장치(1)는 스크류 팽창기로 이루어지는 증기 모터(2)에 의해, 스크류 압축기로 이루어지는 제1단 압축기(3) 및 제2단 압축기(4)를 구동하도록 구성되어 있다. 증기 모터(2), 제1단 압축기(3) 및 제2단 압축기(4)의 회전축은 기어 박스(5)의 기어 기구에 의해 회전 가능하게 접속되어 있다. 또한, 증기 모터(2), 제1단 압축기(3) 및 제2단 압축기(4)의 케이싱은 기어 박스(5)의 케이싱과 일체로 접속되어 있다.
증기 모터(2)에는, 용량 제어 밸브(6)를 통해 증기가 공급된다. 증기 모터(2)는 케이싱내에 수용된 암수 한쌍의 스크류 로터에 의해, 증기의 팽창력을 로터 축의 회전력으로 변환한다. 증기 모터(2)의 내부에서 팽창해서 압력이 저하된 증기는 증기 모터(2)로부터 배출되어, 폐기 또는 다른 설비에 의해 2차 이용된다.
제1단 압축기(3) 및 제2단 압축기(4)는 각각 케이싱내에 수용된 암수 한쌍의 스크류 로터의 로터 축이 기어 박스(5)의 기어 기구를 통해 증기 모터(2)에 의해 회전 구동되어, 스크류 로터에 의해 공기를 흡입해서 압축하도록 구성되어 있다. 제1단 압축기(3)는 흡입 필터(7)를 통해 외기를 흡인하고, 압축한 공기를 토출한다. 제2단 압축기(4)는 제1단 압축기(3)가 압축한 공기를 인터쿨러(8)를 통해 흡입해서 압축한다. 제2단 압축기(4)가 토출한 압축 공기는 애프터쿨러(9), 역지 밸브(10) 및 드레인 세퍼레이터(11)를 통해 수요 설비에 공급된다. 또한, 애프터쿨러(9)와 역지 밸브(10) 사이에는, 토출 압력의 과잉 상승을 방지하기 위해서, 방풍 밸브(12) 및 보조 방풍 밸브(13)를 구비하고, 말단에 설치한 사일렌서(14)를 통해압축 공기를 대기에 방출하는 유로가 접속되어 있다.
기어 박스(5)는, 케이싱의 내부에 증기 모터(2)의 회전축과, 제1단 압축기(3)의 회전축 및 제2단 압축기(4)의 회전축을 접속하는 기어를 수용하고 있다. 또한, 케이싱의 하부에는, 기어를 윤활하는 윤활유를 저류하는 유조(5a)가 형성되어 있다. 압축 장치(1)에 있어서, 유조(5a)에 저류된 윤활유는 순환 펌프(15)에 의해 흡출되어, 오일 쿨러(16) 및 오일 필터(17)를 통해, 증기 모터(2), 제1단 압축기(3) 및 제2단 압축기(4)의 베어링 등의 필요한 개소에 공급되도록 되어 있다. 오일 쿨러(16), 애프터쿨러(9) 및 인터쿨러(8)에는, 냉각수 조정 밸브(18)를 통해 냉각수가 공급되도록 되어 있다.
또한, 기어 박스(5)의 유조(5a)의 하부에는, 유조(5a)의 하단부에 침강 분리해서 축적된 수분을 검출하는 수분 검출기(19)가 설치되어 있다. 수분 검출기(19)의 검출 신호는 용량 제어 밸브(6), 순환 펌프(15) 및 냉각수 조정 밸브(18)를 제어하는 컨트롤러(제어 수단)(20)에 입력된다. 컨트롤러(20)는, 수분 검출기(19)가 수분을 검출하면, 용량 제어 밸브(6)를 폐쇄하고, 순환 펌프(15)를 정지하고, 냉각수 조정 밸브(18)를 폐쇄한다. 이에 의해, 압축 장치(1)는 그 운전을 정지한다.
도 2 및 도 3에, 본 실시형태의 압축 장치(1)의 기어 박스(5)의 케이싱의 하측 부분을 구성하고, 유조(5a)를 확정하는 케이싱부(21)를 도시한다. 케이싱부(21)는 대략 상자형으로 형성되고, 상부가 개방되어 있다. 케이싱부(21)의 저벽(22)은 중앙 편측이 낮아지도록 완만하게 경사진 3개의 면을 구비하고, 그 가장 낮은 위치에, 더 하방으로 돌출해서 작은 상자형을 형성하는 트랩부(23)가 형성되어 있다.
트랩부(23)는 압축 장치(1)의 윤활유 전체량의 체적의 0.2% 내지 3%의 용적을 갖는다. 또한, 케이싱부(21)는 트랩부(23)에 개방되는 센서 구멍(24)과, 트랩부(23)로부터 이격된 위치에 있어서, 최대한 저벽의 높이에서 측벽에 개방되는 배출구(25)가 설치되어 있다. 센서 구멍(24)에는, 수분 검출기(19)가 설치되어 있다. 배출구(25)에는, 케이싱부(21)[유조(5a)]에 저류되어 있는 윤활유를 뽑아내기위한 순환 펌프(15)가 접속된다. 순환 펌프(15)에는, 증기 모터(2), 제1단 압축기(3) 및 제2단 압축기(4)의 베어링 등의 소정의 부위에 윤활유를 재공급하기 위한 배관이 접속된다. 이와 같은 구성에 의해, 트랩부(23)에 저류된 물을 순환 펌프(15)에 끌어들이는 일 없이, 케이싱부(21)[유조(5a)]에 저류된 윤활유를 제1단 압축기(3) 및 제2단 압축기(4)의 소정의 부위에 공급할 수 있다.
수분 검출기(19)는 트랩부(23)의 내부에 삽입된 막대 형상 부분의 선단부와 근원부 사이의 정전 용량을 검출하는 정전 용량식 센서이며, 선단부와 근원부가 수분에 의해 단락됨으로써 외관상의 정전 용량이 커짐으로써, 트랩부에 있어서의 수분량을 검출한다.
기어 박스(5) 내로 수분의 혼입은, 예를 들어 증기 모터(2)의 축봉 장치의 기능 부전에 의해 발생한다. 증기 모터(2)에서는, 스크류 로터를 수용하는 공간과 베어링을 수용하는 공간 사이에 형성한 축봉 공간에 압축 공기를 공급함으로써, 증기가 베어링실, 나아가서는 기어 박스(5)로 누출하는 것을 방지하도록 구성되어 있다. 어떠한 원인에의해 압축 공기의 공급이 정지하면, 스크류 로터를 구동하는 증기가 기어 박스(5)로 누출된다.
일반적으로, 베어링용의 윤활유로의 수분의 혼입은 0.2체적% 정도가 한도로 된다. 따라서, 수분 검출기(19)가, 트랩부(23)에 윤활유 전체량의 0.2체적%을 초과하지 않는 소정의 체적의 물이 저류된 것을 검출할 수 있도록, 수분 검출기(19)의 크기 등을 고려하여, 트랩부(23)의 용적을 정한다. 구체적으로는, 트랩부(23)는 윤활유 전체량의 체적의 0.2% 내지 3.0%의 용적을 갖는 것이 바람직하다.
이와 같이 하여, 본 실시형태의 압축 장치(1)는 베어링 등이 파손되기 전에, 윤활유로의 수분의 혼입을 검출하여, 그 운전을 정지한다. 이에 의해, 사용자에 게 윤활유의 교환을 촉구하여, 베어링의 파손이나 스크류 로터의 마모 등의 장치의 손상을 방지하고, 장치의 수명을 늘릴 수 있다. 또한, 압축 장치(1)는 사용자에 수분 혼입에 의한 정지인 것을 알리는 경보 장치를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명은, 증기 모터와 같은 증기 팽창기 뿐만 아니라, 증기 압축기, 물분사식 기체 압축기 등 물 또는 수분을 포함하는 유체를 취급하는 회전 기계 전반에 적용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 증기 또는 물을 포함하는 유체의 압력 또는 운동 에너지와 회전축의 회전력 사이에서 에너지 변환하는 유체 회전 기계이며,
    상기 유체 회전 기계에 공급되는 윤활유를 저류하는 유조와,
    상기 유조에 저류하는 상기 윤활유 중의 수분을 검출하는 수분 검출기와,
    상기 수분 검출기가 소정량 이상의 수분을 검출했을 때에 운전을 정지하는 제어 장치로 이루어지는, 유체 회전 기계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유조는, 저벽이 경사지고, 상기 저벽의 가장 낮은 위치에 더 하방으로 돌출되는 트랩부를 구비하고, 상기 트랩부에 상기 수분 검출기가 설치되어 있는, 유체 회전 기계.
  3. 제2항에 있어서, 상기 트랩부의 용적은 상기 윤활유의 전체량의 0.2% 내지 3.0% 사이인, 유체 회전 기계.
  4. 제2항에 있어서, 상기 유조는 저부의 상기 트랩부로부터 이격된 위치에 배출구를 구비하고,
    상기 배출구로부터 상기 윤활유를 취출해서, 상기 유체 회전 기계의 소정의 부위에 상기 윤활유를 공급하는 순환 펌프를 갖는, 유체 회전 기계.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수분 검출기는 정전 용량식 센서인, 유체 회전 기계.
  6. 증기 또는 물을 포함하는 유체의 압력 또는 운동 에너지와 회전축의 회전력사이에서 에너지 변환하는 유체 회전 기계이며,
    상기 유체 회전 기계에 공급되는 윤활유를 저류하는 유조를 갖고,
    상기 유조는, 저벽이 경사지고, 상기 저벽의 가장 낮은 위치에 더 하방으로 돌출되는 트랩부를 구비하고,
    상기 유조는 저부의 상기 트랩부로부터 이격된 위치에 배출구를 구비하고,
    상기 배출구로부터 상기 윤활유를 취출해서, 상기 유체 회전 기계의 소정의 부위에 상기 윤활유를 공급하는 순환 펌프를 갖는, 유체 회전 기계.
  7. 제6항에 있어서, 상기 트랩부에 상기 수분 검출기가 설치되어 있는, 유체 회전 기계.
  8. 제7항에 있어서, 상기 수분 검출기가 소정량 이상의 수분을 검출했을 때에 운전을 정지하는 제어 장치를 구비하는, 유체 회전 기계.
  9. 제7항에 있어서, 상기 트랩부의 용적은 상기 윤활유의 전체량의 0.2% 내지 3.0% 사이인, 유체 회전 기계.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수분 검출기는 정전 용량식 센서인, 유체 회전 기계.
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