KR20160144451A - 터빈 트레인에 클러치를 연결하기 위한 커플링 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터빈 트레인에 클러치(10)를 연결하기 위한 커플링 장치와, 클러치를 갖는 터빈 트레인과, 발전기 및 터빈에 클러치를 연결하기 위한 방법에 관한 것이다. 클러치(10)를 연결하기 위한 커플링 장치는 제1 커플링 플랜지(20) 및 제2 커플링 플랜지(30)를 포함하며, 제1 커플링 플랜지(20) 및 제2 커플링 플랜지(30)는 각각, 커플링 볼트(12)를 수용하기 위한 하나 이상의 보어(21, 31)를 포함한다. 제1 커플링 플랜지(20) 및 제2 커플링 플랜지(30)는 하나 이상의 커플링 볼트(12)를 통해 서로 중심 설정되며, 커플링 볼트는 제1 및 제2 커플링 플랜지(20, 30) 내의 보어(21, 31) 내로 삽입된다.

Description

터빈 트레인에 클러치를 연결하기 위한 커플링 장치{COUPLING DEVICE FOR CONNECTING A CLUTCH TO A TURBINE TRAIN}
본 발명은 터빈 트레인에 클러치를 연결하기 위한 커플링 장치와, 클러치를 갖는 터빈 트레인과, 발전기 및 터빈에 클러치를 연결하기 위한 방법에 관한 것이다.
단축 설비(single-shaft plant)에서 가스 터빈을 갖는 발전기에 증기 터빈을 커플링하기 위해 클러치가 사용되며, 이 클러치를 이용하여 증기 터빈이 직접으로 또는 중간축을 이용하여 간접으로, 운전 중에, 가스 터빈과 연결된 발전기에 커플링될 수 있다. 이러한 클러치가 종래 기술에 공지되어 있다. 이러한 유형의 클러치에서, 발전기 또는 터빈의 커플링 플랜지가 클러치의 플랜지로부터 분리되어 기계 가공되는데, 그 이유는 클러치가 교체 가능해야 하기 때문이며, 그렇지 않은 경우, 기계 가공 과정 중에, 예를 들어 공동의 호닝 가공(honing) 중에, 칩(chips)이 클러치 내로 도달한다. 이러한 이유에서, 커플링 보어의 위치 및 크기의 모든 가능한 공차에서 조립 가능성이 보장될 수 있도록, 공지된 클러치에는 비교적 큰 유격을 갖는 대형 커플링 볼트가 장착된다. 이러한 클러치의 중심 설정은, 중간 끼워맞춤에 의해 커플링 연결부 내로 삽입되는 이른바 리세스를 통해 수행되나, 커플링 볼트는 중심 설정에 영향을 미치지 않는다. 이에 의해, 클러치를 위한 커플링 연결부가 임의의 유격을 포함하며, 터빈 트레인의 회전 운동이 재현 가능하지 않고 부정적인 영향을 받는다.
클러치의 커플링 플랜지의 내측 면은 통상 접근 불가능하기 때문에, 현재, 양 측의 고정을 이용하는 축방향 인장을 가능케 할 수도 있는 관통 커플링 볼트가 사용될 수 없다.
본 발명의 과제는, 커플링 플랜지의 일 측 접근 가능성에도 불구하고 커플링 플랜지가 확실하고 재현 가능하게 서로 고정되는, 클러치에 연결하기 위한 커플링 장치를 제공하는 것이며, 커플링된 클러치는 교체 가능하게 유지되며 소모적인 공동의 기계 가공이 요구되지 않는다.
종래 기술에 공지된 커플링 요소에 비해, 청구항 제1항의 특징을 갖는 클러치의 연결을 위한 본 발명에 따른 커플링 장치는, 커플링 플랜지의 중심 설정이 하나 이상의 연결 요소에 의해 수행되며, 이 연결 요소는 커플링 플랜지 내의 보어 내로 그리고 클러치의 커플링 플랜지 내의 보어 내로 삽입되는 장점을 제공한다. 이에 의해, 재현 가능한 고정 및 높은 회전 정확도 및 더 양호한 평형 품질이 달성될 수 있다.
종속 청구항에 지시된 조치에 의해, 독립 청구항에 명시된 커플링 장치의 바람직한 개선 및 개량이 가능하다.
바람직한 개선예는, 터빈 측- 또는 발전기 측 커플링 플랜지에, 연결 요소의 위치 설정을 위한 축방향 정지부가 구성됨으로써 이루어진다. 이에 의해, 축방향 나사 고정이 요구되지 않으면서, 특히 조립 시의 두 개의 커플링 플랜지에 대한 볼트의 위치가 간단하고 재생 가능한 방식으로 보장될 수 있다. 이 경우에, 축방향 정지부가, 예를 들어 단차식 보어로서의 커플링 플랜지 내의 보어로 일체됨으로써, 두 개의 커플링 플랜지의 추가의 기계 가공이 불필요한 경우 특히 바람직하다.
다른 바람직한 개선예는, 연결 요소가 내측 익스팬션 메커니즘을 갖는 익스팬션 볼트로서 구성됨으로써 이루어진다. 익스팬션 볼트로서의 구성에 의해 연결 요소가 두 개의 커플링 플랜지의 서로에 대한 중심 설정뿐만 아니라, 토크 전달을 위한 유격 없는 형상 결합식 연결을 위해서도 이용될 수 있다. 익스팬션 볼트와 커플링 플랜지 사이의 최적의 형상 결합을 구현하기 위해, 익스팬션 볼트가 원추형 내측 면을 갖는 슬리브 및 원추형 외측 면을 갖는 볼트를 포함하는 것은 바람직하다. 내측 면 및 외측 면에서의 원추형 면은 익스팬션 볼트를 구현하기 위한 간단하고 저렴한 해결책이다.
이 경우에, 익스팬션 볼트가 축방향 슬롯을 포함함으로써, 익스팬션 볼트와 함께 작용하는 나사 연결부의 조임에 의해 익스팬션 기능이 간단하게 구현될 수 있는 것은 특히 바람직하다.
다른 바람직한 개선예에서, 커플링 플랜지가 원주에 걸쳐 분배된 복수의 보어를 포함하며, 상기 보어는 원주에 걸쳐 일정하게 분배되며, 각각의 보어는 익스팬션 볼트를 수용한다. 커플링 플랜지의 보어 내의, 바람직하게는 원주에 걸쳐 일정하게 분배된 복수의 익스팬션 볼트에 의해, 더 큰 힘 및 토크가 전달될 수 있다. 추가로, 개별 보어들 간에 제조로 인해 발생하는 편차는, 익스팬션 볼트가 상이한 정도로 또는 상이한 순서로, 즉, 시계 방향 또는 반시계 방향으로가 아니라, 교호식으로 조여지는 방식으로, 익스팬션 볼트에 의해 어느 정도 보상될 수 있다. 이는, 보어의 비싼 공동의 기계 가공, 예를 들어 공동의 호닝 가공을 절약한다. 또한, 이에 의해 클러치가 간단하게 교체 가능하게 유지되는데, 이는 분해 검사 및 유지 비용을 감소시킨다.
클러치의 연결을 위한 본 발명에 따른 커플링 요소에 대한 바람직한 응용은 발전소 내의 가스 터빈과 발전기를 갖는 증기 터빈의 상술된 클러치와 관련된다.
이하, 본 발명에 따른 클러치의 연결을 위한 커플링 장치의 실시예가 첨부된 도면을 참조로 설명된다. 동일한 구성 부품 또는 동일한 기능을 갖는 구성 부품은 동일한 도면 부호로 표시된다.
도 1은 클러치를 갖는 터빈 트레인을 도시한다.
도 2는, 본 발명에 따른 커플링 장치를 통해, 양 측에 배열된 증기 터빈 축 및 발전기 축의 커플링 플랜지와 연결된 클러치를 개략적으로 도시한다.
도 3은 터빈 트레인에 클러치를 연결하기 위한 본 발명에 따른 커플링 장치의 실시예를 도시한다.
도 1에는 터빈 트레인이 도시된다. 터빈 트레인은 증기 터빈(1), 가스 터빈(5) 및 발전기(2)를 포함하며, 발전기(2)는 클러치(10)를 통해 마찬가지로 증기 터빈(1)에 결합된다. 전환 터빈의 커플링을 위해, 클러치(10)를 발전기(2)와 연결시키는 발전기 축(7)에, 그리고 클러치(10)를 터빈(1, 5), 특히 증기 터빈(5)과 연결시키는 터빈 축(8)에는 커플링 플랜지(20, 50)가 형성된다.
도 2는 발전기(2) 또는 발전기 축(7)의 연결을 위한 본 발명에 따른 커플링 장치를 도시한다. 커플링 장치는, 발전기 축(7)에 형성된 제1 커플링 플랜지(20) 및 터빈 축(8)에 형성된 제2 커플링 플랜지(50)를 포함한다. 이 두 개의 커플링 플랜지(20, 50)는 각각 관통 보어(21, 51)를 포함한다. 클러치(10)는 양 단부에 각각 하나의 내측 커플링 플랜지(30, 40)를 포함한다. 클러치(10)의 내측 커플링 플랜지(30, 40)는 각각 블라인드 보어(31, 41)를 포함한다. 발전기 축(7)의 커플링 플랜지(20)의 하나의 측면 상에서 연결 요소(12)를 통해, 특히 익스팬션 볼트(13)를 이용하여, 클러치(10)의 제1 내측 커플링 플랜지(30)와 연결되는 방식으로, 그리고 터빈 축(8)이 커플링 플랜지(50)를 통해 연결 요소(12), 특히 익스팬션 볼트(13)를 이용하여, 클러치(10)의 제2 내측 커플링 플랜지(40)와 연결되는 방식으로, 클러치(10)가 축(7, 8)과 연결될 수 있다.
도 3은 발전기 축(7)을 통한 발전기(2)의 연결을 도시한다. 발전기 축(7)에는 커플링 플랜지(20)가 형성된다. 커플링 플랜지(20)는 클러치(10)에서 내측 커플링 플랜지(30)와 연결되며, 제1 커플링 플랜지(20)는 보어(21)를 포함하며, 제2 커플링 플랜지(30)는 보어(31)를 포함한다. 제1 커플링 플랜지(20)의 보어(21)는, 보어(21, 31) 내로 삽입된 연결 요소(12)를 위한 축방향 정지부(26)로서 이용되는 견부(22)를 포함한다. 연결 요소(12)는 제1 커플링 플랜지(20)를 향한 그의 단부에 칼라(17)를 포함하며, 이 칼라는 견부(22)에 지지된다. 연결 요소(12)는 익스팬션 볼트(13)로서 구성된다. 이 경우에, 익스팬션 볼트(13)는, 익스팬션 볼트(13)가 무부하 상태에서 커플링 플랜지(20, 30)의 보어(21, 31) 내로 틈새 끼워맞춤식으로 삽입되도록 치수화된다. 익스팬션 볼트(13)에서의 정지부(26) 및 칼라(17)를 통해, 익스팬션 볼트(13)의 축방향 위치가 규정됨으로써, 두 개의 커플링 플랜지(20, 30)에 대한 익스팬션 볼트(13)의 확실한 위치 설정이 달성된다. 익스팬션 볼트(13)는 슬롯이 형성된 슬리브(18)를 포함하며, 슬롯(14)은 익스팬션 볼트(13)의 슬리브(18)의 축방향으로 형성된다. 익스팬션 볼트(13)의 내측 원추부(19)에 의한 슬리브(18)의 인장에 의해 익스팬션 볼트(13)의 외경이 확장됨으로써, 익스팬션 볼트(13)가 제1 커플링 플랜지(20) 및 제2 커플링 플랜지(30)를 서로에 대해 중심 설정한다. 이 경우에, 익스팬션 볼트(13)와, 두 개의 커플링 플랜지(20, 30) 사이에는 형상 결합식 연결 및 유격 없는 연결이 형성됨으로써, 토크가 클러치(10)를 통해 전달되며, 커플링 플랜지(20, 30)의 서로에 대한 위치 설정이 재현 가능하게 보장될 수 있다.
익스팬션 볼트(13)의 간단한 교체가 가능하도록, 익스팬션 볼트(13)의 슬리브(18)로부터 원추부(19)의 해제 시에, 익스팬션 볼트(13)가 다시 원래의 크기로 축소되며, 이로써, 익스팬션 볼트(13)는 커플링 플랜지(20, 30) 내의 보어(21, 31)로부터 쉽게 당겨질 수 있다.
더 큰 토크를 전달하기 위해, 복수의, 바람직하게는 4개 내지 20개의 보어(21, 31)가 커플링 플랜지(20, 30)의 원주에 걸쳐 일정하게 분배된다. 이 경우에, 보어(21, 31) 및 익스팬션 볼트(13)의 상이한 공차 위치가 상이한 정도로, 그리고 교호식 순서로 조여지는 익스팬션 볼트(13)에 의해 보상될 수 있다. 이와 관련하여 교호식 순서란, 익스팬션 볼트가 시계 방향 또는 반시계 방향의 순서로 조여지는 것이 아니라, 먼저, 제1 익스팬션 볼트(13)가, 그 다음 약 180°오프셋된 제2 익스팬션 볼트(13)가, 그리고 제1 또는 제2 익스팬션 볼트(13)의 바로 부근에 배열되지 않은 추가의 익스팬션 볼트(13)가 조여지는 것으로 이해된다. 이 경우에, 커플링 플랜지(20, 30)의 서로에 대한 가급적 양호하고 재현 가능한 중심 설정을 달성하기 위해, 익스편션 볼트(13)가 먼저 느슨하게 삽입된 후, 각각 대향하는 익스팬션 볼트(13)가 조여지는 경우 바람직하다.
도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 커플링 장치는 볼트(19)의 축방향 변위를 위한 변위 장치(40)를 포함한다. 이 경우에, 변위 장치는 전방면에 배열되고 외측 나사산을 포함하는 나사 요소(41)를 포함한다. 외측 나사산(42)은 슬리브 내의 내측 나사산(34) 내로 결합하고, 나사 요소(41)의 회전이 볼트(19)의 축방향 변위를 유도하도록 형성된다. 이 경우에, 볼트(19)는 나사 요소(41) 내의 보어(45) 내로 결합하는 중앙 축(44)을 포함한다.
본 발명이 바람직한 실시예에서 상세히 도시되고 설명되었지만, 본 발명은 공개된실시예로 한정되지 않으며, 다른 변형예들이 발명의 보호 범위를 벗어나지 않으면서 통상의 기술자에 의해 도출될 수 있다.

Claims (14)

  1. 제1 커플링 플랜지(20) 및 제2 커플링 플랜지(30)를 포함하는 터빈 트레인에 클러치(10)를 연결하기 위한 커플링 장치이며, 제1 커플링 플랜지(20) 및 제2 커플링 플랜지(30)는 각각, 연결 요소(12)를 수용하기 위한 하나 이상의 보어(21, 31)를 포함하며, 제2 커플링 플랜지 내의 보어(31)는 블라인드 보어로서 형성되는, 클러치(10)를 연결하기 위한 커플링 장치에 있어서,
    제1 커플링 플랜지(20) 및 제2 커플링 플랜지(30)는 하나 이상의 연결 요소(12)를 통해 서로에 대해 중심 설정되며, 상기 연결 요소는 제1 및 제2 커플링 플랜지(20, 30) 내의 보어(21, 31) 내로 삽입되는 것을 특징으로 하는, 클러치(10)를 연결하기 위한 커플링 장치.
  2. 제1항에 있어서, 제1 커플링 플랜지(20) 및 제2 커플링 플랜지(30)에는, 특히 보어(21, 31) 내에는 연결 요소(12)의 위치 설정을 위한 축방향 정지부(26)가 형성되는 것을 특징으로 하는, 클러치(10)를 연결하기 위한 커플링 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 연결 요소(12)는 익스팬션 볼트(13)로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 클러치(10)를 연결하기 위한 커플링 장치.
  4. 제3항에 있어서, 익스팬션 볼트(13)는 원추형 내측면을 갖는 슬리브(18) 및 원추형 외측면을 갖는 볼트(19)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 클러치(10)를 연결하기 위한 커플링 장치.
  5. 제4항에 있어서, 볼트(19)의 축방향 변위를 위한 변위 장치(40)를 갖는, 클러치(10)를 연결하기 위한 커플링 장치.
  6. 제5항에 있어서, 변위 장치(40)는, 외측 나사산(42)을 가지며 전방측에 배열된 나사 요소(41)를 포함하며, 상기 외측 나사산은 슬리브(18) 내의 내측 나사산(43) 내로 결합되며, 나사 요소(41)의 회전이 볼트(19)의 축방향 변위를 유도하도록 구성되는, 클러치(10)를 연결하기 위한 커플링 장치.
  7. 제6항에 있어서, 볼트(19)는, 나사 요소(41) 내의 보어(45) 내로 결합되는 중앙 축(44)을 포함하는, 클러치(10)를 연결하기 위한 커플링 장치.
  8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 익스팬션 볼트(13)의 슬리브(18)는 하나 또는 복수의 슬롯(14)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 클러치(10)를 연결하기 위한 커플링 장치.
  9. 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 슬롯(14)은 슬리브(18)의 축방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 클러치(10)를 연결하기 위한 커플링 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 커플링 플랜지(20, 30)는, 커플링 플랜지(20, 30)의 원주에 걸쳐 일정하게 분배된 복수의, 바람직하게는 4 내지 20개의 보어(21, 31)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 클러치(10)를 연결하기 위한 커플링 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 보어(21, 31)는 서로로부터 분리되어 기계 가공되는 것을 특징으로 하는, 클러치(10)를 연결하기 위한 커플링 장치.
  12. 터빈(1) 및 발전기(2)를 갖는 터빈 트레인이며, 발전기(2)는 클러치(10)를 통해 적어도 간접적으로 터빈(1)에 커플링 가능한 터빈 트레인에 있어서,
    커플링은 클러치(10)를 통해 수행되며, 청구항 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 커플링 장치를 갖는 클러치(10)는 축에 의해 수행되는 터빈 트레인.
  13. 터빈(1)에 발전기(2)를 커플링하기 위한 방법이며, 발전기 측 제1 커플링 플랜지(20) 및 터빈 측 제2 커플링 플랜지(50)가 각각 클러치(10)의 내측 커플링 플랜지(30, 40)와 연결되며, 각각, 연결 요소(12)의 수용을 위한 하나 이상의 보어(21, 31)를 포함함으로써, 발전기(2)는 클러치(10)를 통해 터빈(1)에 연결되는, 터빈에 발전기를 커플링하기 위한 방법에 있어서,
    발전기 측 제1 커플링 플랜지(20) 및 터빈 측 제2 커플링 플랜지(50)는 각각 적어도 하나의 연결 요소(12)를 통해 클러치(10)의 내측 커플링 플랜지(30, 40)에 대해 중심 설정되며, 연결 요소는 커플링 플랜지(20, 30, 40, 50) 내의 보어(21, 31, 41, 51) 내에 위치되며, 보어(31)는 블라인드 보어로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 터빈에 발전기를 커플링하기 위한 방법.
  14. 제13항에 있어서, 발전기 측 제1 커플링 플랜지(20)와 클러치의 제1 커플링 플랜지(30) 사이의, 그리고 터빈 측 제2 커플링 플랜지(50)와 클러치(10)의 제2 커플링 플랜지(40) 사이의 토크 전달은, 하나 이상의 연결 요소(12)가 익스팬션 볼트(13)로서 구성됨으로써, 유격 없는 형상 결합에 의해 수행되며, 익스팬션 볼트(13)는, 익스팬션 볼트(13)와 각각 두 개의 커플링 플랜지(20, 30, 40, 50) 사이의 유격 없는 형상 결합이 구현되도록, 커플링 플랜지(20, 30, 40, 50)의 보어(21, 31, 41, 51) 내에서 인장되며, 변위 장치(40)에 의해 볼트(19)의 축방향 변위가 수행되는 것을 특징으로 하는, 터빈에 발전기를 커플링하기 위한 방법.
KR1020167031414A 2014-04-15 2015-03-25 터빈 트레인에 클러치를 연결하기 위한 커플링 장치 KR101913022B1 (ko)

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