KR20160090763A - 서로에 대한 2개의 부분들의 센터링 설비 - Google Patents

Abstract

센터링 설비(20)는 링형 내측 부분(22) 및 링형 외측 부분(21)을 포함하고, 상기 외측 부분(21)은 동심 배열로 상기 내측 부분(22)을 둘러싸고, 사이 공간(24)이 상기 외측 부분(21)과 상기 내측 부분(22) 사이에 확립되고, 상기 외측 부분(21)과 상기 내측 부분(22)은 차동 방사상 팽창을 받는다.
다수의 원주 방향으로 분포된 접촉 지점들에서 상기 외측 부분(21)과 상기 내측 부분(22) 사이에 센터링 기계적 접촉을 만들고, 상기 차동 방사상 팽창을 보상하기 위하여 변형 가능한 센터링 접촉 요소(23)를 제공하는 것에 의해, 간단하고 효과적인 센터링이 달성된다.

Description

서로에 대한 2개의 부분들의 센터링 설비{CENTERING ARRANGEMENT OF TWO PARTS RELATIVE TO EACH OTHER}

본 발명은 기계 공학의 분야에 관한 것이다. 본 발명은 청구항 제1항의 도입부에 따른 센터링 설비에 관한 것이다.

내부 및 외부 케이싱들을 구비한 가스 터빈들에서, 때때로 차동 방사상 팽창(differential radial expansion)을 갖는 2개의 부분들의 센터링의 문제가 있다. 그 이유는 부분들이 상이한 열팽창계수를 갖는 상이한 물질들로 제조되고, 및/또는 상이한 온도에서 동작하고, 및/또는 상이한 온도에서 일시적으로 동작하는 것이다.

종래의 기술에서, 방사상 키들이 이러한 문제에 대처하도록 도입되었다.

문헌 US 7,686,575 B2는 셔라우드 링 세그먼트들과 같은 가스 터빈 유동 경로 구성요소들을 위한 내부 장착 링을 개시한다. 내부 링은 방사상으로 슬라이딩 가능한 마운트들 상의 외부 링에 장착될 수 있으며, 마운트들은 동축 관계로 2개의 링들을 유지하지만, 2개의 링들이 상이한 비율로 열팽창하도록 허용한다. 이러한 것은 터빈 블레이드 팁들의 방사상 팽창율에 내부 링의 방사상 팽창율의 매칭을 가능하게 하고, 그러므로 모든 엔진 작동 조건 하에서 터빈 블레이드 팁들과 셔라우드 링 세그먼트들의 내부면 사이에 감소된 허용오차를 제공한다. 내부 링은 외부 링의 열팽창계수보다 낮은 열팽창계수를 갖는 물질로 만들어질 수 있다.

문헌 EP 2 772 617 A1은 회전축을 중심으로 회전하는 로터 유닛을 포함하는 회전 유동 기계와 관련있으며, 적어도 하나의 부분적인 축방향 영역에서, 내부 하우징은 회전축 주위에서 일정 방사상 거리에 제공되고, 하우징은 수평 분할 평면을 따라서 서로 접해있는 상부 및 하부 하우징 절반부에서 회전축을 따라서 분할되며, 상기 내부 하우징은 하나의 상부 및 하나의 하부 하우징 절반부에서 회전축을 따라서 분할될 수 있는 외부 하우징에 의해 적어도 하나의 축방향 섹션으로 둘러싸인다. 하부 내부 하우징 절반부 상에서 내부 하부 하우징 절반부를 지지하는 지지 수단을 제공하고, 상기 지지 수단은 분할 평면을 따라서 회전축에 대하여 적어도 2개의 마주한 위치들에서 하부 내부 하우징 절반부에 탈착 가능하게 장착된다.

이러한 해결수단의 결점은:

ㆍ큰 인터페이스가 요구되며;

ㆍ증가된 수의 부분들이 필요하며;

ㆍ보다 긴 조립 시간 및 보다 높은 비용이다.

다른 기술 분야에서, 개시된 특정의 센터링 문제를 위한 다른 해결수단이 있다.

문헌 US 6,126,130은 2개의 구성요소들을 받치기 위한 디바이스가 각 경우에 방사상 및 축방향으로 주름지도록 디자인된 스프링 링을 가지는 것을 개시한다. 스프링 링은 각 경우에 다른 방향으로 그 스프링 효과를 상실함이 없이 축방향으로 또는 방사상으로 압축될 수 있다. 스프링 링이 공급 유닛에서 자동차의 연료 펌프를 받치기 위해 사용되는 것은 특히 유익하다.

WO 2014/023778 A1은 공구 홀더의 맨드릴 상의 소켓을 포함하는 로터리 공구를 중앙에 척킹하기 위한 센터링 디바이스를 개시한다. 공구 설비는 맨드릴을 포함하는 공구 홀더를 포함하고, 공구 홀더 상에 배치되고 소켓을 포함하는 로터리 공구를 포함한다. 제조가 용이하고 다수의 내부 척킹 유닛을 위해 사용될 수 있는 유니버셜 센터링 디바이스를 생성하고, 로터리 공구가 내부 척킹 유닛 상에 높은 정확성으로 센터링될 수 있는 공구 설비를 생성하기 위하여, 센터링 디바이스는, 로터리 공구와 맨드릴 사이에 삽입될 수 있고 탄성적으로 변형 가능한 윤곽을 가지는 폐쇄된 센터링 링으로서 디자인되고, 이러한 센터링 디바이스는 공구 설비에서 맨드릴과 로터리 공구 사이에 배치된다.

본 발명의 목적은 간단하고 효과적인 차동 방사상 팽창을 갖고 터보 머신의 내부 및 외부 케이싱들에 적합할 수 있는 센터링 부분들을 위한 센터링 설비를 제공하는 것이다.

이들 및 다른 목적들은 청구항 제1항에 따른 센터링 설비에 의해 달성된다.

본 발명에 따라서, 센터링 설비는 링형 내측 부분과 링형 외측 부분을 포함하고, 상기 외측 부분은 동심 배열로 상기 내측 부분을 둘러싸고, 상기 외측 부분과 상기 내측 부분 사이에 사이 공간(interspace)이 확립되고, 이에 의해, 상기 외측 부분과 상기 내측 부분은 차동 방사상 팽창된다.

다수의 원주 방향으로 분포된 접촉 지점들에서 상기 외측 부분과 상기 내측 부붕 사이의 센터링 기계적 접촉을 획득하고, 상기 차동 방사상 팽창을 보상하기 위하여 변형 가능한 센터링 접촉 요소가 제공되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따라서, 상기 센터링 접촉 요소는 상기 외측 부분과 상기 내측 부분 자체 중 하나이다.

특히, 상기 센터링 접촉 요소는 상기 내측 부분 자체이다.

더욱 특히, 상기 내측 부분은 원형 내부 윤곽(circular inner contour) 및 다각형 외부 윤곽(polygonal outer contour)을 가지며, 상기 외측 부분은 원형 내부 윤곽을 가진다.

본 발명의 다른 실시예에 따라서, 상기 센터링 접촉 요소는 상기 외측 부분과 상기 내측 부분 사이의 상기 사이 공간에 배치된 주름진 중간 링이다.

특히, 상기 외측 부분은 원형 내부 윤곽을 가지며, 상기 내측 부분은 원형 외부 윤곽을 가진다.

특히, 상기 외측 부분은 비원형 내부 윤곽을 가지며, 상기 내측 부분은 비원형 내부 윤곽을 가지며, 이에 의해, 상기 외측 부분의 비원형 내부 윤곽과 상기 내측 부분의 비원형 내부 윤곽은 상기 주름진 중간 링의 주름들과 일치한다.

더욱 특히, 상기 내측 부분은 원형 내부 윤곽을 가진다.

특히, 상기 주름진 중간 링은 원주 방향 갭을 가진다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따라서, 상기 센터링 접촉 요소는 상기 차동 방사상 팽창 동안 탄성적으로 변형 가능하다.

본 발명의 추가의 실시예에 따라서, 상기 외측 부분과 상기 내측 부분은 터보 기계, 특히 가스 터빈의 외부 케이싱과 내부 케이싱이다.

본 발명은 지금 상이한 실시예들의 수단에 의해 그리고 첨부된 도면을 참조하여 보다 면밀히 설명된다.
도 1은 상기 외측 부분에 의해 둘러싸이고 차동 열팽창으로 인하여 센터링되어야만 한는 설비를 위한 예인, 외부 케이싱 및 내부 케이싱을 포함하는 GT26형 가스 터빈을 도시하며;
도 2는 내부 및 외측 부분들 사이의 인터페이스들 중 하나가 다각형 형상인, 본 발명의 실시예에 따른 주위 외측 부분 내에서 내측 부분의 배열을 도시한 축방향 도면이며;
도 3은 주름진 중간 링이 내측 및 외측 부분들 사이의 링형 사이 공간에 제공되는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 주위 외측 부분 내에서 내측 부분의 배열을 도시한 축방향 도면이며;
도 4는 내측 및 외측 부분들 사이의 인터페이스들이 둥글지 않은 형상이며, 주름진 중간 링이 내측 부분과 외측 부분 사이의 둥글지 않은 형상의 사이 공간에 제공되는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라서 주위 외측 부분 내에서 내측 부분의 배열을 도시한 축방향 도면이며;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라서 중간 링이 하나의 외부 케이싱 부분과 내부 케이싱 사이의 사이 공간에 제공되는, 축방향 고정 내부 케이싱을 둘러싸는 2-부분 외부 케이싱(예를 들어, 가스 터빈의)의 종단면도를 도시하고;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라서 센터링 수단으로서 얇은 다각형 인터페이스들을 가지는, 내부 케이싱을 둘러싸는 외부 케이싱(예를 들어, 가스 터빈의)의 종단면도를 도시한다.

본 발명에 따른 센터링 계획의 하나의 바람직한 적용은 터보 기계, 특히 가스 터빈이며, 여기에서, 내부 및 외부 케이싱들은 센터링되어야만 하고, 영구적이거나 또는 작동 동안 천이 상태에 의해 유발될 수 있는 차동 방사상 팽창 조건 하에서 센터링이 유지되어야만 한다.

도 1은 로터(11), 내부 케이싱(12) 및 외부 케이싱(13)을 구비한 고정 가스 터빈(10)의 예를 도시하고, 내부 케이싱(12)은 외부 케이싱(13)에 의해 동심으로 둘러싸인다.

그러나, 본 발명은 터보 기계로 제한되지 않고, 대체로 모든 경우에 적용될 수 있으며, 2개의 동심 부분들은 차동 방사상 팽창된다.

먼저, 이러한 적용이 도 2에 도시된다. 센터링 설비(14)는 링형 내측 부분(16)과 주위 링형 외측 부분(15) 사이에 있으며, 이 부분들은 중앙축(17)에 대해 동심이다. 사이 공간(19)은 내측 부분(16)과 외측 부분(15) 사이에 제공된다.

내측 부분(16)의 내부 윤곽은 원형인 한편, 외부 윤곽은 내측 부분(16)과 외측 부분(15) 사이에서 3개 이상의 원주 방향으로 분포된 기계적 접촉부(18a-c)들을 구비한 다각형상이거나, 또는 그 역도 가능하다. 부분(15, 16)들 중 적어도 하나는 충분히 얇으며, 차동 방사상 팽창 동안, 탄성적으로 또는 탄성 범위에서 충분한 수명으로 변형 가능할 수 있도록 인터페이스에서 가요성이다.

두 부분들이 인터페이스에서 충분히 탄력적이지 않으면, 중간 링이 도입될 수 있다. 중간 링은 각 부부분에 대한 3개 이상의 접촉부들을 구비한 주름진 형상을 가질 수 있다. 인터페이스에 있는 주름진 링은 충분히 얇고, 2개의 부분들의 차동 방사상 팽창 동안, 탄성적으로 또는 탄성 범위에서 충분한 수명으로 변형 가능할 수 있도록 인터페이스에서 가요성이다. 주름 진 링은 또한 그 가요성을 증가시키기 위하여 원주 방향 갭을 가지도록 절단될 수 있다. 분할 링 주름들의 공간은 모든 방사상 방향으로 균일한 강성을 달성하도록 변화될 수 있다.

도 3은 완전히 원형인 내측 부분(22)과 완전히 원형인 외측 부분(21) 사이의 사이 공간(24)에 제공된 원주 방향 갭(25)을 구비한 주름진 중간 링(23)을 가지며, 이에 의해 각각 중간 링(23)과 내측 및 외측 부분(22 및 21) 사이의 3개 이상의 기계적인 접촉부들을 가지는 실시예를 도시한다.

도 4는 완전히 원형인 내측 부분(28)과 완전히 비원형인 외측 부분(27) 사이의 사이 공간(30)에 제공된 주름진 중간 링(29)을 가지는 또 다른 실시예를 도시한다. 다시, 중간 링(29)은 원주 방향 갭(31)을 가진다. 그러므로, 도 4의 실시예는 도 2 및 도 3에 도시된 두 개념을 사용한다.

이러한 센터링 설비의 이점은:

ㆍ중앙 인터페이스에서 보다 작은 공간 요구;

ㆍ부분들의 감소된 수; 및

ㆍ신속한 조립 및 분해 시간 및 감소된 비용이다.

도 5 및 도 6은 터보 기계, 특히 가스 터빈의 케이싱에 대한 새로운 센터링 계획의 적용에 관한 것이다.

도 5에서, 센터링 설비(33)는 각각 제1 및 제2 외부 케이싱(34a 및 34b)들과 내부 케이싱(35) 사이에 있다. 제1 및 제2 외부 케이싱(34a 및 34b)들과 내부 케이싱(35) 사이의 링형 사이 공간(41)에서, 도 3과 유사한 주름진 중간 링(36)이 제공되며, 이는 차동 방사상 팽창이 예를 들어 천이 상태들 동안 발생할 때에도 외부 케이싱(34a,b)들에 대해 센터링된 관계로 플랜지형 내부 케이싱(35)을 유지한다.

도 6에서, 센터링 설비(37)는 내부 케이싱(39)과 주위 외부 케이싱(38)을 포함하며, 이에 의해 두 케이싱 사이의 사이 공간(42)은 도 3와 유사한 내부 케이싱(40)의 부분으로서 형성된 다각형 링(40)에 의해 가교된다.

10 가스 터빈(예를 들어 GT26) 11 로터
12 내부 케이싱 13 외부 케이싱
14,20,26 센터링 설비 15,21,27 외측 부분
16,22,28 내측 부분 17 축
18a-c 접촉부 19 사이 공간
23,29 중간 링 24,30 사이 공간
25,31 갭 32 내부 공간
33,37 센터링 설비(예를 들어 가스 터빈)
34a,b 외부 케이싱 35 내부 케이싱
36 중간 링 38 외부 케이싱
39 내부 케이싱 40 다각형 링
41,42 사이 공간

Claims (11)

1. 링형 내측 부분(16, 22, 28; 35, 39)과 링형 외측 부분(15, 21, 27; 34a,b, 38)을 포함하며, 상기 외측 부분(15, 21, 27; 34a,b, 38)이 동심 배열로 상기 내측 부분(16, 22, 28; 35, 39)을 둘러싸고, 사이 공간(19, 24, 30; 41, 42)이 상기 외측 부분(15, 21, 27; 34a,b, 38)과 상기 내측 부분(16, 22, 28; 35, 39) 사이에 확립되고, 상기 외측 부분(15, 21, 27; 34a,b, 38)과 상기 내측 부분(16, 22, 28; 35, 39)이 차동 방사상 팽창을 받는 센터링 설비(14, 20, 26; 33, 37)에 있어서,
   다수의 원주 방향으로 분포된 접촉 지점들에서 상기 외측 부분(15, 21, 27; 34a,b, 38)과 상기 내측 부분(16, 22, 28; 35, 39) 사이에 센터링 기계적 접촉(18a-c)을 만들고, 상기 차동 방사상 팽창differential radial expansion)을 보상하기 위하여 변형 가능한 센터링 접촉 요소(16; 23, 29; 36, 40)이 제공되는 것을 특징으로 하는 센터링 설비.
2. 제1항에 있어서, 상기 센터링 접촉 요소는 상기 외측 부분 및 내측 부분(16, 39)들 자체 중 하나인 것을 특징으로 하는 센터링 설비.
3. 제2항에 있어서, 상기 센터링 접촉 요소는 상기 내측 부분(16, 39) 자체인 것을 특징으로 하는 센터링 설비.
4. 제3항에 있어서, 상기 내측 부분(16, 39)은 원형 내부 윤곽 및 다각형 외부 윤곽을 가지며, 상기 외측 부분(15, 38)은 원형 내부 윤곽을 가지는 것을 특징으로 하는 센터링 설비.
5. 제1항에 있어서, 상기 센터링 접촉 요소는 상기 외측 부분(21, 27; 34a,b)과 상기 내측 부분(22, 28; 35) 사이의 상기 사이 공간(24, 30; 41)에 배치된 주름진 중간 링(23, 29; 36)인 것을 특징으로 하는 센터링 설비.
6. 제5항에 있어서, 상기 외측 부분(21)은 원형 내부 윤곽을 가지며, 상기 내측 부분(22)은 원형 외부 윤곽을 가지는 것을 특징으로 하는 센터링 설비.
7. 제5항에 있어서, 상기 외측 부분(27)은 비원형 내부 윤곽을 가지며, 상기 내측 부분(28)은 비원형 외부 윤곽을 가지며, 상기 외측 부분(27)의 비원형 내부 윤곽과 상기 내측 부분(28)의 상기 비원형 외부 윤곽은 상기 주름진 중간 링(29)의 주름과 일치하는 것을 특징으로 하는 센터링 설비.
8. 제7항에 있어서, 상기 상기 내측 부분(28)은 원형 내부 윤곽을 가지는 것을 특징으로 하는 센터링 설비.
9. 제5항에 있어서, 상기 주름진 중간 링(23, 29; 36)은 원주 방향 갭(25, 31)을 가지는 것을 특징으로 하는 센터링 설비.
10. 제1항에 있어서, 상기 센터링 접촉 요소(16; 23, 29; 36, 40)는 상기 차동 방사상 팽창 동안 탄성적으로 변형 가능한 것을 특징으로 하는 센터링 설비.
11. 제1항에 있어서, 상기 외측 부분과 상기 내측 부분은 터보 기계, 특히 가스 터빈(10)의 외부 케이싱(34a,b, 38) 및 내부 케이싱(35, 39)인 것을 특징으로 하는 센터링 설비.

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