KR20160063535A - 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈 - Google Patents

베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈 Download PDF

Info

Publication number
KR20160063535A
KR20160063535A KR1020140166774A KR20140166774A KR20160063535A KR 20160063535 A KR20160063535 A KR 20160063535A KR 1020140166774 A KR1020140166774 A KR 1020140166774A KR 20140166774 A KR20140166774 A KR 20140166774A KR 20160063535 A KR20160063535 A KR 20160063535A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pressure gas
bearing
shaft
compressor
pipe
Prior art date
Application number
KR1020140166774A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101634875B1 (ko
Inventor
서정민
박무룡
윤의수
황순찬
최범석
박준영
유일수
방제성
임형수
최원철
임영철
Original Assignee
한국기계연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기계연구원 filed Critical 한국기계연구원
Priority to KR1020140166774A priority Critical patent/KR101634875B1/ko
Publication of KR20160063535A publication Critical patent/KR20160063535A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101634875B1 publication Critical patent/KR101634875B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/16—Cooling of plants characterised by cooling medium
    • F02C7/18—Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/06—Arrangements of bearings; Lubricating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mounting Of Bearings Or Others (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

본 발명은 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈은 샤프트에 장착되며, 외부로부터 가스를 공급받아 고압 가스를 발생시키는 압축기; 상기 압축기로부터 고압 가스를 공급받아 고온 고압 가스를 발생시키는 연소기; 상기 샤프트에 장착되며, 상기 연소기에서 공급되는 고온 고압 가스로부터 에너지를 공급받아 동력을 발생시키는 터빈; 상기 샤프트에 장착되며, 상기 압축기로부터 발생되는 고압 가스를 이용하여 상기 샤프트에 가해지는 하중을 지지하는 베어링; 상기 샤프트를 감싸되 상기 샤프트와 소정간격 이격되어, 상기 고압 가스가 유동하는 유로를 형성하는 베어링 하우징; 상기 압축기로부터 발생되어 상기 연소기 측으로 이동하는 고압 가스 중 일부를 냉각시켜 상기 유로 측으로 공급하는 베어링 냉각부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 압축기를 통과한 고압 가스를 이용하여 샤프트에 장착되는 에어 베어링을 구동하되, 외부공기와 고압 가스의 혼합 또는 열교환 등을 통하여 고압 가스의 온도 상승을 방지함으로써 에어 베어링의 과열손상을 방지할 수 있는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈이 제공된다.

Description

베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈{MICRO GAS TURBINE WITH BEARING COOLING PART}
본 발명은 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 압축기를 통과한 고압 가스를 이용하여 샤프트에 장착되는 에어 베어링을 구동하되, 고압 가스를 냉각하거나 고압 가스의 온도 상승을 방지함으로써 에어 베어링의 과열손상을 방지할 수 있는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈에 관한 것이다.
최근 산업 및 사회 전반에 걸쳐, 집중형의 대형발전소와 달리 장시간 사용이 가능한 휴대용 동력원의 필요성이 크게 증가하고 있으며, 이러한 동력원의 방식으로는 연료전지, 리튬이온 충전지 등 다양하다. 특히, 초소형 가스터빈은 동일한 출력을 가진 왕복동식 엔진에 비해 초기투자비가 낮고 소형 경량화를 구현할 수 있으며, 구조가 간단하여 유지보수비가 낮다는 장점이 있다.
현재 사용되고 있는 휴대용 기기에는 리튬 2차 전지가 주로 탑재되고 있다. 그러나, 대표적인 상용 2차 전지는 연속 사용시간이 짧고 충전하는데 오래 걸리는 단점이 있으며, 에너지 밀도도 이론 한계치에 근접하여 있는 상태여서 휴대용 전자기기의 고성능화가 기존 2차 전지로는 해결할 수 없는 상황까지 진행되고 있다. 최근 애완용 로봇, 휴머노이드 로봇 및 군사용 로봇과 같이 장시간 사용가능한 휴대용 동력원을 필요로 하는 제품들이 상용화 단계로 진입함에 따라 새로운 마이크로 동력공급장치의 필요성과 시급성이 매우 커지고 있는 상황이다. 마이크로 동력발생 장치는 기본적으로 에너지 밀도가 기존의 동력원보다 높아야 개발의 당위성이 보장되며, 출력과 에너지 밀도가 높은 동력발생장치로 초소형 가스 터빈(Ultra micro gas turbine,UMGT)이 주목을 받고 있다.
일반적으로 초소형 가스터빈은 발전기와 압축기 및 터빈이 샤프트로 연결되는 구조를 가지며, 발전기 부분과 압축기 및 터빈 샤프트는 커플링에 의해 연결된다. 이러한 샤프트에는 압축기와 터빈의 회전에 의한 하중을 지지하기 위하여 베어링이 설치된다.
초소형 가스터빈에서는 에어 베어링을 이용시 에어 베어링과 샤프트와의 사이에서 샤프트를 띄우기 위한 공기를 공급하는 구성을 설치하기 어려우며, 가스터빈 내부의 공기를 공급하더라도 공기의 온도가 높아 베어링이 쉽게 가열되어 손상되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 압축기를 통과한 고압 가스를 이용하여 샤프트에 장착되는 에어 베어링을 구동하되, 외부공기와 고압 가스의 혼합 또는 열교환 등을 통하여 고압 가스의 온도 상승을 방지함으로써 에어 베어링의 과열손상을 방지할 수 있는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈을 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 샤프트에 장착되며, 외부로부터 가스를 공급받아 고압 가스를 발생시키는 압축기; 상기 압축기로부터 고압 가스를 공급받아 고온 고압 가스를 발생시키는 연소기; 상기 샤프트에 장착되며, 상기 연소기에서 공급되는 고온 고압 가스로부터 에너지를 공급받아 동력을 발생시키는 터빈; 상기 샤프트에 장착되며, 상기 압축기로부터 발생되는 고압 가스를 이용하여 상기 샤프트에 가해지는 하중을 지지하는 베어링; 상기 샤프트를 감싸되 상기 샤프트와 소정간격 이격되어, 상기 고압 가스가 유동하는 유로를 형성하는 베어링 하우징; 상기 압축기로부터 발생되어 상기 연소기 측으로 이동하는 고압 가스 중 일부를 냉각시켜 상기 유로 측으로 공급하는 베어링 냉각부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈에 의해 달성된다.
여기서, 상기 압축기로부터 발생하는 고압 가스 중 일부는 상기 유로로 공급되고 나머지는 상기 연소기 측으로 이동하며, 상기 연소기 측으로 이동하는 상기 고압 가스 중 일부가 상기 베어링 냉각부로 공급되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 베어링 냉각부는, 상기 고압 가스가 유입되며 일단이 상기 유로와 연통되는 제1관; 외부공기가 유입되며, 상기 고압 가스와 상기 외부공기가 혼합되어 상기 유로 측으로 공급되도록, 상기 제1관을 감싸도록 배치되되 일영역이 상기 제1관과 연통되는 제2관;을 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 베어링 냉각부는, 상기 고압 가스가 유입되며 일단이 상기 유로와 연통되는 제1관; 상기 고압 가스가 냉각되도록, 외부공기가 유입되며 상기 제1관을 감싸도록 배치되는 제2관;을 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 베어링 냉각부는, 상기 고압 가스가 유입되며 일단이 상기 유로와 연통되는 제1관; 상기 제1관을 감싸도록 배치되는 단열재;를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 베어링 냉각부는 상기 샤프트의 길이방향의 절반 지점에 설치되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 베어링 냉각부는 상기 베어링 하우징을 관통하여 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 압축기와 터빈이 장착된 샤프트에 에어 베어링이 설치됨으로써, 마찰이 없는 상태로 부양 및 회전함으로써 별도의 윤활유가 요구되지 않으며 내구성이 우수하고 소음이 적은 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈이 제공된다.
또한, 베어링은 압축기를 통과한 고압 가스를 이용하므로, 컴팩트한 구성을 갖는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈이 제공된다.
또한, 외부 공기를 이용하여 압축기를 통과한 공기 중 일부를 냉각 또는 온도 상승을 방지하므로, 베어링의 과열손상을 방지할 수 있다.
또한, 샤프트의 중간지점에 베어링 냉각부가 설치되므로, 압축기와 터빈 측에 균일하게 공기가 공급되어 균형을 맞출 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈의 개략적인 요부 단면도이며,
도 2는 도 1의 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈의 압축기를 통과한 고압가스의 이동경로를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 3은 도 1의 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈의 베어링 냉각부를 도시한 도면이며,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈의 베어링 냉각부를 도시한 도면이며,
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈의 베어링 냉각부를 도시한 도면이다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈에 대하여 상세하게 설명한다.
본 실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈은 압축기를 통과한 고압 가스를 이용하여 샤프트에 장착되는 에어 베어링을 구동하되, 외부공기와 고압 가스의 혼합를 혼합하여 고압 가스를 냉각함으로써 에어 베어링의 과열손상을 방지할 수 있는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈의 개략적인 요부 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈(100)은, 샤프트(110)와, 샤프트(110)의 일단에 장착되는 압축기(120)와, 압축기(120)로부터 고압의 가스를 공급받는 연소기(130)와, 연소기(130)로부터 고온·고압의 가스를 공급받는 터빈(140)과, 샤프트(110)에 장착되는 베어링(150)과, 샤프트(110)를 감싸도록 배치되되 소정간격 이격되는 베어링 하우징(160) 및 베어링 냉각부(170)를 포함한다.
샤프트(110)는 터빈(140) 등 회전체의 회전에 의한 동력을 전달하는 구성이다. 샤프트(110)의 양단에는 각각 압축기(120)와 터빈(140)이 장착되며, 또한, 샤프트(110)에는 하중을 지지하기 위한 베어링(150)이 장착된다.
압축기(120)는 외부로부터 가스를 공급받아 고압의 가스를 발생시키는 구성이다. 압축기(120)는 모터(미도시)에 의해 초기에 구동이 되며, 회전함으로써 외부로부터 공급되는 가스를 압축하여 고압의 가스를 발생시킨다. 이때, 외부로부터 압축기(120)에 공급되어 압축된 가스는 약 200℃ 정도의 온도가 된다.
한편, 외부로부터 유입되어 압축기(120)를 통과한 고압 가스는, 일부는 유로(161) 측으로 공급되며, 나머지는 연소기(130) 측으로 이동된다. 또한, 연소기(130) 측으로 이동하는 고압 가스 중 일부는 베어링 냉각부(170) 측으로 유입된 뒤 냉각되어 유로(161) 측으로 공급된다.
연소기(130)는 압축기(120)로부터 공급받은 고압의 가스로부터 고온·고압의 가스를 발생시키기 위한 구성이다. 연소기(130)는 중공 형상으로 마련되며, 연료를 공급하기 위한 연료 공급관(미도시)이 연통되고, 점화기가 설치된다. 즉, 연소기(130)는 압축기(120)로부터 공급받은 고압의 가스와 연료가 혼합된 혼합가스를 점화기를 통하여 점화하여 연소시킴으로써 고온·고압의 가스를 발생시키는 구성이다.
연소기(130)에서 압축기(120)로부터 공급되는 고압의 가스가 연소되는 경우, 연소기(130)의 온도는 매우 높으며, 본 실시예에서 연소기(130)의 온도는 약 1000℃ 정도이다.
터빈(140)은 연소기(130)에서 발생한 고온·고압의 가스로부터 에너지를 전달받아 동력을 발생하기 위한 구성이다. 터빈(140)은 압축기(120)와 함께 샤프트(110)에 설치된다.
베어링(150)은 압축기(120)와 터빈(140)의 회전에 의하여 샤프트(110)에 가해지는 하중을 지지하기 위한 구성이다. 베어링(150)은 에어 베어링(air bearing)으로 마련된다. 에어 베어링은 고속으로 회전하는 디스크와 포일 형태의 구조물 사이의 자동적으로 발생하는 유체동압을 이용하여 축을 지지한다.
도 2는 도 1의 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈의 압축기를 통과한 고압가스의 이동경로를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 실시예에서 베어링(150)은 압축기(120)를 통과하여 유로(161)로 유입된 압축공기 및 압축기(120)를 통과하여 연소기(130) 측으로 이동하는 공기 중 일부가 베어링 냉각부(170)로 유입된 뒤 유로(161)로 유입된 압축공기를 이용한다. 이때, 베어링 냉각부(170)로 유입된 압축공기는 외부 공기에 의하여 냉각되므로, 베어링(150)의 온도 상승으로 인한 과열손상 등이 방지된다.
한편, 샤프트(110)가 고속으로 회전하면서 베어링(150)과 샤프트(110) 사이에 압축공기 막이 형성되며, 마찰이 없는 상태로 부양 및 고속회전 하므로 별도의 윤활유는 요구되지 않는다. 또한, 유로(131)로 유입된 압축공기에 의하여 베어링(140)이 샤프트(110)를 지지할 뿐만 아니라 베어링(140)이 냉각되어 과열 손상이 방지된다.
베어링 하우징(160)은 내부에 베어링(170)이 수용되는 구성으로서, 샤프트(110)를 감싸되 샤프트(110)와 소정간격 이격된다. 샤프트(110)와 베어링 하우징(160) 사이의 이격공간은 압축기(120)를 통과한 고압 가스가 유동되는 유로(161)로 작용한다. 즉, 베어링 하우징(160)은 베어링(150)을 수용함과 동시에 샤프트(110)와 소정간격 이격되어 베어링(150)으로부터 샤프트(110)를 띄우기 위한 유로(161)를 형성한다.
도 3은 도 1의 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈의 베어링 냉각부를 도시한 도면이다. 베어링 냉각부(170)는 압축기(120)를 통과하여 연소기(130) 측으로 이동하는 압축공기 중 일부를 냉각시켜 유로(161) 측으로 공급되도록 함으로써, 베어링(150)의 작동 및 베어링(150)을 냉각시키기 위한 구성이다. 도 3을 참조하면, 베어링 냉각부(170)는 제1관(171)과 제2관(172)을 포함하는 이중관 형상으로 마련된다.
제1관(171)은 압축기(120)를 통과하여 연소기(130) 측으로 이동하는 압축 공기 중 일부가 유로(161) 측으로 이동하는 경로로서, 일단은 압축기(120)를 통과하여 연소기(130) 측으로 이동하는 이동경로 상에 위치하며, 타단은 유로(161)와 연통되도록 마련된다.
제2관(172)은 제1관(171)을 따라 이동하는 압축공기를 냉각시키기 위한 구성으로서, 제1관(171)을 감싸도록 마련되며, 외부공기공급부(172a)가 설치되어 내부에는 외부로부터 공급되는 외부공기가 유입된다. 제1관(171)과 제2관(172)은 유로(161) 근처에서 상호 연통되도록 마련되어, 압축공기와 외부공기는 상호 혼합된다. 외부공기의 온도가 압축기(120)를 통과한 압축공기의 온도에 비하여 상대적으로 아주 낮으므로, 상호 혼합된 공기의 온도는 낮아지며, 유로(161)에는 냉각된 압축공기가 공급된다.
제1관(171)으로 유입된 압축공기는 제2관(172) 내부의 외부공기와 혼합되어 냉각되며, 베어링(150)과 샤프트(110)의 유로(161)로 공급되어 샤프트(110)를 뜨게 하여 하중을 지지한다. 또한, 압축공기가 냉각되므로 베어링(150)의 과열손상을 방지한다.
한편, 베어링 냉각부(170)는 샤프트(110)의 길이방향의 절반지점 즉, 중간지점에 설치되는 것이 바람직하다. 베어링 냉각부(170)를 통하여 유로(161)로 공급된 냉각된 압축공기는 압축기(120)와 터빈(140) 측으로 이동하며, 샤프트(110)의 중간지점에 설치되어 균일한 양이 각각 공급됨으로써, 샤프트(110)에 가해지는 추력 조절 및 균일한 냉각이 가능하다.
다음으로 본 발명의 제2실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈에 대하여 설명한다.
본 실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈은 압축기를 통과한 고압 가스를 이용하여 샤프트에 장착되는 에어 베어링을 구동하되, 외부공기와 고압 가스의 열교환에 의한 냉각을 통하여 고압 가스의 온도 상승을 방지함으로써 에어 베어링의 과열손상을 방지할 수 있는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈에 관한 것이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈은, 샤프트(110)와, 샤프트(110)의 일단에 장착되는 압축기(120)와, 압축기(120)로부터 고압의 가스를 공급받는 연소기(130)와, 연소기(130)로부터 고온·고압의 가스를 공급받는 터빈(140)과, 샤프트(110)에 장착되는 베어링(150)과, 샤프트(110)를 감싸도록 배치되되 소정간격 이격되는 베어링 하우징(160) 및 베어링 냉각부(270)를 포함한다. 상술한 샤프트(110)와, 압축기(120)와, 연소기(130)와, 터빈(140)과, 베어링(150) 및 베어링 하우징(160)은 제1실시예와 동일하므로 중복 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈의 베어링 냉각부를 도시한 도면이다. 베어링 냉각부(270)는 압축기(120)를 통과하여 연소기(130) 측으로 이동하는 압축공기 중 일부를 냉각시켜 유로(161) 측으로 공급되도록 함으로써, 베어링(150)의 작동 및 베어링(150)을 냉각시키기 위한 구성이다. 도 4를 참조하면, 베어링 냉각부(270)는 제1관(171)과 제2관(172)을 포함하는 이중관 형상으로 마련된다. 본 실시예에서 베어링 냉각부(270)는 제1실시예와 달리 압축공기를 열교환을 통하여 냉각시키는 점에서 상이하다.
제1관(271)은 압축기(120)를 통과하여 연소기(130) 측으로 이동하는 압축 공기 중 일부가 유로(161) 측으로 이동하는 경로로서, 일단은 압축기(120)를 통과하여 연소기(130) 측으로 이동하는 이동경로 상에 위치하며, 타단은 유로(161)와 연통되도록 마련된다.
제2관(272)은 제1관(271)을 따라 이동하는 압축공기를 냉각시키기 위한 구성으로서, 제1관(271)을 감싸도록 마련되며, 외부공기공급부(172a)가 설치되어 내부에는 외부로부터 공급되는 외부공기가 유입된다. 제1관(271) 내부의 압축공기는 제2관(272) 내부를 유동하는 외부공기와 열교환되어 냉각되어 유로(161)로 공급된다.
제1관(271)으로 유입된 압축공기는 제2관(272) 내부의 외부공기와 열교환을 통하여 냉각되며, 베어링(150)과 샤프트(110)의 유로(161)로 공급되어 샤프트(110)를 뜨게 하여 하중을 지지한다. 또한, 압축공기가 냉각되므로 베어링(150)의 과열손상을 방지한다.
다음으로 본 발명의 제3실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈에 대하여 설명한다.
본 실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈은 압축기를 통과한 고압 가스를 이용하여 샤프트에 장착되는 에어 베어링을 구동하되, 고압 가스를 단열시킴으로써 고압 가스의 온도 상승을 방지함으로써 에어 베어링의 과열손상을 방지할 수 있는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈에 관한 것이다.
본 발명의 제3실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈은, 샤프트(110)와, 샤프트(110)의 일단에 장착되는 압축기(120)와, 압축기(120)로부터 고압의 가스를 공급받는 연소기(130)와, 연소기(130)로부터 고온·고압의 가스를 공급받는 터빈(140)과, 샤프트(110)에 장착되는 베어링(150)과, 샤프트(110)를 감싸도록 배치되되 소정간격 이격되는 베어링 하우징(160) 및 베어링 냉각부(370)를 포함한다. 상술한 샤프트(110)와, 압축기(120)와, 연소기(130)와, 터빈(140)과, 베어링(150) 및 베어링 하우징(160)은 제1실시예와 동일하므로 중복 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈의 베어링 냉각부를 도시한 도면이다. 베어링 냉각부(370)는 압축기(120)를 통과하여 연소기(130) 측으로 이동하는 압축공기의 온도 상승이 방지되며 유로(161) 측으로 공급되도록 함으로써, 베어링(150)의 작동시키기 위한 구성이다. 도 5를 참조하면, 베어링 냉각부(370)는 제1관(171)과 제1관(171)의 외주면을 감싸도록 배치되는 단열재(372)를 포함한다. 본 실시예에서 베어링 냉각부(370)는 상술한 실시예들과 달리 온도상승 방지를 위하여 단열재(372)를 통하여 단열시키는 점에서 상이하다.
제1관(171)은 압축기(120)를 통과하여 연소기(130) 측으로 이동하는 압축 공기 중 일부가 유로(161) 측으로 이동하는 경로로서, 일단은 압축기(120)를 통과하여 연소기(130) 측으로 이동하는 이동경로 상에 위치하며, 타단은 유로(161)와 연통되도록 마련된다.
단열재(372)는 제1관(171)을 따라 이동하는 압축 공기의 온도 상승을 방지하는 구성이다. 제1관(171)은 연소기(130)와 이웃하여 있으므로, 유로(161) 측으로 이동시 연소기(130)의 영향을 받아 온도가 상승될 수 있다. 다만, 본 실시예에서는 제1관(171)의 외면에 단열재(372)가 설치됨으로써, 연소기(130)에 의한 영향을 최소화하여 온도가 상승하는 것을 방지할 수 있다.
지금부터는 본 발명에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈의 작동에 대하여 설명한다.
모터(미도시)를 구동하여 압축기(120)가 회전하면 압축기(120)로 유입된 외부 가스는 압축되어 고압의 가스가 된다. 이때 압축기(120)에서 압축된 가스의 온도는 약 200℃ 정도이다. 고압 가스는 일부는 유로(161)로 공급되며, 나머지는 고온·고압 공기가 되어 터빈(140)에 에너지를 전달하도록 연소기(130) 측으로 이동된다. 유로(161)에 공급된 압축공기는 고속으로 회전하는 샤프트(110)와 베어링(150) 사이에서 샤프트(110)를 띄움으로써, 베어링(150)이 샤프트(110)에 가해지는 하중을 지지하도록 한다.
연소기(130) 측으로 이동하는 공기 중 일부는 베어링 냉각부(170)의 제1관(171)으로 유입되며, 나머지는 연소기(130)로 공급되어 고온·고압 가스가 된다.
제1관(171)으로 유입된 고압 가스는 외부로부터 제2관(172,272)으로 공급된 외부공기와 혼합 또는 열교환을 통하여 냉각되거나, 단열재(372)를 통하여 온도 상승이 방지된 상태로 유로(161)로 공급된다. 유로(161)에 공급된 공기는 샤프트(110)를 뜨게 하여 하중을 지지한다. 또한, 압축공기가 냉각되므로 베어링(150)의 과열손상을 방지한다.
한편, 베어링 냉각부(170)는 샤프트(110)의 중간지점에 설치되어 압축기(120)와 터빈(140) 측으로 균일한 양이 각각 공급됨으로써, 샤프트(110)에 가해지는 추력 조절 및 균일한 냉각이 가능하다.
따라서, 본 발명에 의하면, 압축기를 통과한 고압 가스를 이용하여 샤프트에 장착되는 에어 베어링을 구동하되, 외부공기와 고압 가스의 혼합 또는 열교환 등을 통하여 고압 가스의 온도 상승을 방지함으로써 에어 베어링의 과열손상을 방지할 수 있는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈이 제공된다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100 : 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈
110 : 샤프트 120 : 압축기
130 : 연소기 140 : 터빈
150 : 베어링 160 : 베어링 하우징
161 : 유로 170 : 베어링 냉각부
171 : 제1관 172,272 : 제2관
372 : 단열재

Claims (7)

  1. 샤프트에 장착되며, 외부로부터 가스를 공급받아 고압 가스를 발생시키는 압축기;
    상기 압축기로부터 고압 가스를 공급받아 고온 고압 가스를 발생시키는 연소기;
    상기 샤프트에 장착되며, 상기 연소기에서 공급되는 고온 고압 가스로부터 에너지를 공급받아 동력을 발생시키는 터빈;
    상기 샤프트에 장착되며, 상기 압축기로부터 발생되는 고압 가스를 이용하여 상기 샤프트에 가해지는 하중을 지지하는 베어링;
    상기 샤프트를 감싸되 상기 샤프트와 소정간격 이격되어, 상기 고압 가스가 유동하는 유로를 형성하는 베어링 하우징;
    상기 압축기로부터 발생되어 상기 연소기 측으로 이동하는 고압 가스 중 일부를 냉각시켜 상기 유로 측으로 공급하는 베어링 냉각부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압축기로부터 발생하는 고압 가스 중 일부는 상기 유로로 공급되고 나머지는 상기 연소기 측으로 이동하며, 상기 연소기 측으로 이동하는 상기 고압 가스 중 일부가 상기 베어링 냉각부로 공급되는 것을 특징으로 하는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 베어링 냉각부는,
    상기 고압 가스가 유입되며 일단이 상기 유로와 연통되는 제1관; 외부공기가 유입되며, 상기 고압 가스와 상기 외부공기가 혼합되어 상기 유로 측으로 공급되도록, 상기 제1관을 감싸도록 배치되되 일영역이 상기 제1관과 연통되는 제2관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 베어링 냉각부는,
    상기 고압 가스가 유입되며 일단이 상기 유로와 연통되는 제1관; 상기 고압 가스가 냉각되도록, 외부공기가 유입되며 상기 제1관을 감싸도록 배치되는 제2관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 베어링 냉각부는,
    상기 고압 가스가 유입되며 일단이 상기 유로와 연통되는 제1관; 상기 제1관을 감싸도록 배치되는 단열재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베어링 냉각부는 상기 샤프트의 길이방향의 절반 지점에 설치되는 것을 특징으로 하는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 베어링 냉각부는 상기 베어링 하우징을 관통하여 설치되는 것을 특징으로 하는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈.
KR1020140166774A 2014-11-26 2014-11-26 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈 KR101634875B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140166774A KR101634875B1 (ko) 2014-11-26 2014-11-26 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140166774A KR101634875B1 (ko) 2014-11-26 2014-11-26 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160063535A true KR20160063535A (ko) 2016-06-07
KR101634875B1 KR101634875B1 (ko) 2016-06-30

Family

ID=56192671

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140166774A KR101634875B1 (ko) 2014-11-26 2014-11-26 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101634875B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107246324A (zh) * 2017-03-02 2017-10-13 蔡肃民 一种微型涡喷发动机垂直借气高压冷却润滑轴承结构
CN114876642A (zh) * 2021-11-30 2022-08-09 浙江浙能电力股份有限公司萧山发电厂 一种小型燃气轮机后轴承冷却系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5672224A (en) * 1979-11-19 1981-06-16 Hitachi Ltd Air-cooled type gas turbine
JPH1061660A (ja) * 1996-06-14 1998-03-06 Capstone Turbine Corp 流体フィルムスラストベアリングの倍力装置
US7108488B2 (en) * 2004-03-26 2006-09-19 Honeywell International, Inc. Turbocharger with hydrodynamic foil bearings

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5672224A (en) * 1979-11-19 1981-06-16 Hitachi Ltd Air-cooled type gas turbine
JPH1061660A (ja) * 1996-06-14 1998-03-06 Capstone Turbine Corp 流体フィルムスラストベアリングの倍力装置
US7108488B2 (en) * 2004-03-26 2006-09-19 Honeywell International, Inc. Turbocharger with hydrodynamic foil bearings

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107246324A (zh) * 2017-03-02 2017-10-13 蔡肃民 一种微型涡喷发动机垂直借气高压冷却润滑轴承结构
CN107246324B (zh) * 2017-03-02 2024-01-05 蔡肃民 一种微型涡喷发动机垂直借气高压冷却润滑轴承结构
CN114876642A (zh) * 2021-11-30 2022-08-09 浙江浙能电力股份有限公司萧山发电厂 一种小型燃气轮机后轴承冷却系统

Also Published As

Publication number Publication date
KR101634875B1 (ko) 2016-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107810312B (zh) 用于储能的储能装置和储能方法
US7112036B2 (en) Rotor and bearing system for a turbomachine
JP2012517789A5 (ko)
US20150381014A1 (en) Water-cooled motor
US20130111923A1 (en) Gas turbine engine component axis configurations
CN107710868B (zh) 感应加热装置和发电系统
JP4817032B2 (ja) ガスタービンエンジン
JP2019044761A (ja) エンジンロータ要素回転装置を備えたガスタービンエンジン
KR101634875B1 (ko) 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈
RU2704385C2 (ru) Двухкаскадное газотурбинное устройство
KR101712723B1 (ko) 압축공기를 이용하는 추력 조절 및 베어링 냉각 장치
JP6088643B2 (ja) 中空の冷却されたタービン翼内に挿入可能とされる、ガスタービンのための冷媒ブリッジ配管
EP2784409B1 (en) A portable fuel heater to heat air and a method for heating air through said heater
US9964213B2 (en) Pump sealing device
US20180073780A1 (en) Thermoacoustic electric generator system
KR101622482B1 (ko) 압축공기를 이용하는 추력 조절 및 베어링 냉각 장치
KR20110001834A (ko) 폐열을 이용하는 열전발전시스템을 구비한 자동차
KR101615038B1 (ko) 초소형 가스터빈
CN204046356U (zh) 直连螺杆压缩机的电机冷却结构
US20130094947A1 (en) Rotor support thermal control system
US20210367481A1 (en) Compact rankine turbogenerator device for distributed co-generation of heat and electricity
US5870895A (en) Compact closed-loop brayton cycle rotating machine, propulsion system comprising a machine of this kind, and vehicle provided with propulsion means of this kind
KR101030967B1 (ko) 자체 냉각 기능을 구비한 터빈장치
KR101634876B1 (ko) 열응력으로 인한 손상 방지구조를 갖는 초소형 가스터빈
KR100890823B1 (ko) 가스터빈 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190311

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200309

Year of fee payment: 5