KR20150040929A - 로터와 하우징을 포함하는 유체역학 기계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로터(3)와 하우징을 구비한 증기 터빈(1)에 관한 것으로서, 이때 로터(3)를 지지하기 위한 베어링(14)은 마지막 로터 블레이드 단의 상류에 배치된다.

Description

로터와 하우징을 포함하는 유체역학 기계{FLUID DYNAMICS MACHINE COMPRISING A ROTOR AND A HOUSING}

본 발명은 회전 가능하게 지지되고 로터 블레이드들을 포함하는 로터, 상기 로터를 둘러싸게 배치되는 하우징(하우징은 가이드 베인들을 포함한다), 로터를 지지하기 위한 제1 베어링 및 제2 베어링을 포함하는 유체역학 기계, 특히 증기 터빈에 관한 것이다.

지역의 에너지 공급에서 무엇보다 비교적 긴 전장을 갖는 유체역학 기계가 이용된다. 이러한 유체역학 기계를 위한 일 예시는, 실질적으로 로터와 상기 로터를 둘러싸게 배치된 하우징을 구비한 증기 터빈이다. 여기서, 상기 로터는 수 미터의 길이면서, 수 톤의 중량을 가질 수 있는 구성부품이다. 일반적으로, 로터들은 2개의 베어링들에 회전 가능하게 지지되고, 작동 중에 예컨대 50Hz 내지 60Hz 또는 그 이상의 비교적 높은 회전속도가 발생할 수 있다. 로터들의 중량 및 길이와 결합되는, 이러한 높은 회전 주파수는 안전한 작동이 가능하도록 정확한 제조를 요구한다. 이 같이 형성된 로터의 최대 길이는, 부분 터빈 스푸울의 강도가 한정되고 상기 로터 역학적 특성들과 관련하여 연장될 수 없음으로써 한정된다. 게다가, 로터의 최대 길이는 베어링 하우징의 지지부와 베어링 지점들의 위치에 매우 좌우된다.

알려진 유체역학 기계들의 경우, 지금까지의 부분 터빈 스푸울들의 지지는 샤프트 단부들에서 이루어진다. 이를 위해, 베어링들은 증기 공간 내에 빈번하게 배치되어야 한다. 더욱이, 이러한 베어링들은, 상기 베어링 하우징이 지주들을 통해, 베이스에 지지되는 디퓨저와 연결되는 방식으로 설계되어야 한다. 이러한 구조들은 성형 베어링(star bearing)들로도 지칭된다.

본 발명의 과제는 로터 역학적으로 개선된 유체역학 기계를 제시하는 것이다.

이러한 과제는 청구항 1에 따른 유체역학 기계에 의해 해결된다.

본 발명에 따라, 강도가 최적인 베어링 위치들은 균일하게 하중을 받는 샤프트의 경우 이른바 베셀점(Bessel point)들에 존재하는 것으로 나타났다. 이러한 베셀점들은 계산들에 따르면 샤프트 단부들로부터 샤프트 길이의 대략 22%에 떨어져 있다. 그러므로 본 발명은, 로터 역학적 특성들이 기본적으로 개선되는 방식으로, 하나 이상의 베어링을 변위시키는 것을 제안한다. 이를 위해, 상기 베어링은 흐름 방향으로 볼 때, 가이드 베인 단의 상류에 배치되는 것이 제안된다. 그러므로, 베어링이 별도 구성부품으로서 로터 단부에 배치되는 것이 아니라, 오히려 유체역학 기계의 블레이드 경로 내로 통합되는 것이 제안된다. 이때, 우선 로터 블레이드 단의 상류에 베어링을 배치시키는 것이 제안된다. 무엇보다 본 발명은, 베어링 하우징이 이제 추가의 베어링 지지부들 없이 가이드 베인 단에 의해 지지될 수 있는 장점을 제공한다.

바람직한 실시예들은 종속항들에 제시된다.

그러므로, 마지막 로터 블레이드 단의 상류에 제2 베어링을 배치하는 것이 제안된다. 이는, 상기 베어링이 마지막 로터 블레이드 단의 상류에 배치되는 방식으로, 베어링이 흐름 채널 내에 배치되는 것을 의미한다.

추가의 바람직한 일 개선예에서, 상기 베어링 하우징은 가이드 베인들로 형성되는 베어링 지지부들에 배치된다. 이는, 베어링 지지부들이 열역학적 기능, 특히 가이드 베인의 열역학적 기능을 충족시키는 것을 의미한다. 이는, 베어링 지지부들이 가이드 베인 단에 의해 사전 설정되는 유체 역학 프로파일을 따르도록 형성되는 것을 의미한다. 그러므로, 흐름 경로 내로 변위된 베어링은 로터 역학 특성들에 추가로, 열역학적 특성들도 충족시킬 수 있는데, 그 이유는 베어링 지지부들이 가이드 베인들로도 형성되기 때문이다.

바람직하게, 마지막 로터 블레이드 단의 하류에 디퓨저가 배치된다. 이제, 상기 디퓨저는 바람직하게 흐름 경로 내에 더 이상 방해가 되는 베어링 지지부들을 갖는 것이 아니어서, 더 목적에 맞게 압력 회수를 실행할 수 있다.

바람직한 방식으로, 가이드 베인으로 형성되는 베어링 지지부는 에너지와 신호들을 교환하기 위한 장치를 갖는 방식으로 형성된다.

본 발명은, 가이드 베인 단에 통합된 베어링이 이제 더 작은 축방향 구조 공간을 요구하고 응축기에 대한 거리를 더 짧게 할 수 있는 장점을 제공한다. 상기 베어링이 가이드 베인 단에 의해 지지되기 때문에, 재료 비용 및 제조 비용을 야기하고 응축기로의 배출 흐름을 방해하는 베어링 지지부가 요구되지 않는다. 이 외에도, 부분 터빈 스푸울의 강도는 분명히 증가되어, 이는 분명히 개선된 로터 역학을 가져온다. 이는, 효율을 추가로 개선하기 위해, 반경 방향 유격을 감소시킬 수 있다.

게다가, 본 발명은 더 넓은 배출 흐름 횡단면들을 실현할 수 있고, 더 긴 블레이드 경로들이 이용될 수 있는 장점을 제공한다.

본 발명은 실시예에 의해 더 상세히 설명된다.

도 1은 증기 터빈의 횡단면도이다.

도 1에는 증기 터빈(1)으로 형성된 유체역학 기계의 실시예가 도시된다. 이러한 증기 터빈(1)은 회전축(2)을 중심으로 회전 가능하게 지지된 로터(3)를 실질적으로 포함하고, 상기 로터에는 로터 표면(4)에 제1 로터 블레이드 단(5), 제2 로터 블레이드 단(6), 및 제3 로터 블레이드 단(7)이 배치된다. 또한, 증기 터빈(1)은, 회전 가능하게 지지된 로터(3)를 둘러싸게 배치되는, 더 상세히 도시되지 않는 하우징을 추가로 포함한다. 상기 하우징에는, 제1 가이드 베인 단(8), 제2 가이드 베인 단(9), 및 제3 가이드 베인 단(10)이 배치된다.

제1 로터 블레이드 단(5), 제2 로터 블레이드 단(6), 및 제3 로터 블레이드 단(7)과, 제1 가이드 베인 단(8), 제2 가이드 베인 단(9), 및 제3 가이드 베인 단(10) 사이에는 작동 중에 증기가 흐르는 흐름 경로(11)가 형성된다. 로터(3)는 제1 베어링(13) 및 제2 베어링(14)에 의해 베이스(12) 상에 지지된다. 제1 베어링(13)은 로터(3)의 제1 단부(15)에 배치된다. 제2 베어링(14)은 제2 단부(16)에 배치된다.

여기서는, 제2 베어링(14)이 흐름 경로(11) 내에서 제3 로터 블레이드 단(7)의 상류에, 즉 마지막 로터 블레이드의 상류에 배치된다. 이러한 베어링은 제2 베어링(14)을 둘러싸게 배치되는 베어링 하우징(17)을 포함한다. 상기 베어링 하우징에는 가이드 베인으로 형성된 베어링 지지부(19)가 배치된다. 가이드 베인으로 형성된 베어링 지지부(19)가 흐름 경로(11) 내에 배치되기 때문에, 가이드 베인으로 형성된 이러한 베어링 지지부(19)는 흐름 경로(11) 내에 존재하는 증기의 에너지 전환에 참여한다.

제3 로터 블레이드 단(7)의 하류에는, 흐름 경로(11) 내에 존재하는 증기의 압력 회수가 이루어지는 디퓨저(20)가 배치된다.

대안의 실시예들에서, 제2 베어링(14)을 구비한, 가이드 베인으로 형성되는 베어링 지지부(19)는, 흐름 경로(11) 내에서 제2 로터 블레이드 단(6)의 상류에 배치되거나 그보다 더 상류에 배치될 수도 있다.

가이드 베인으로 형성된 베어링 지지부(19) 내에는, 에너지와 신호들을 교환하기 위한 장치들(21)이 제공된다.

로터(3)는 흐름 방향으로 볼 때, 첫 번째, 두 번째, 마지막에서 두 번째, 및 마지막 로터 블레이드 열을 갖는다. 하우징은 흐름 방향으로 볼 때, 첫 번째, 두 번째, 마지막에서 두 번째, 및 마지막 가이드 베인의 열을 갖는다. 마지막에서 두 번째 로터 블레이드 열과 마지막 로터 블레이드 열 사이에는, 제2 베어링이 배치된다.

Claims (4)

1. 회전 가능하게 지지되고 로터 블레이드들을 포함하는 로터(3), 로터(3)를 둘러싸게 배치되는 하우징(하우징은 가이드 베인들을 포함한다), 로터(3)를 지지하기 위한 제1 베어링(13) 및 제2 베어링(14)을 포함하는 유체역학 기계, 특히 증기 터빈(1)이며,
   이때 로터(3)는, 흐름 방향으로 볼 때, 첫 번째, 두 번째, 마지막에서 두 번째, 및 마지막 로터 블레이드 열을 갖고, 상기 하우징은 첫 번째, 두 번째, 마지막에서 두 번째, 및 마지막 가이드 베인 열을 갖는 유체역학 기계에 있어서,
   제2 베어링(14)은 흐름 방향으로 마지막에서 두 번째 로터 블레이드 열과 마지막 로터 블레이드 열 사이에 배치되는, 유체역학 기계.
2. 제1항에 있어서, 제2 베어링(14)은 베어링 하우징(17)과, 가이드 베인으로 형성되는 베어링 지지부(19)를 갖는, 유체역학 기계.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 흐름 방향으로 볼 때, 마지막 로터 블레이드 열의 하류에 디퓨저가 배치되는, 유체역학 기계.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 가이드 베인으로 형성된 베어링 지지부(19) 내에는 에너지와 신호들을 교환하기 위한 장치들이 제공되는, 유체역학 기계.

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