WO2020059935A1 - 복합베어링, 그리고 이를 포함하는 발전기 및 발전 시스템 - Google Patents

복합베어링, 그리고 이를 포함하는 발전기 및 발전 시스템 Download PDF

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turbine
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김영원
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    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F16C19/04—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly
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    • F16C32/0603—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion
    • F16C32/0614—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion the gas being supplied under pressure, e.g. aerostatic bearings

Definitions

  • the present invention relates to a composite bearing, and a generator and a power generation system including the same, and more particularly, to a composite bearing to effectively reduce the frictional force generated on the rotating shaft during the power generation process, and to a generator and a power generation system including the same will be.
  • a working medium in a high temperature and high pressure state is passed through a turbine to convert thermal energy into mechanical energy, and the generator has its axis connected to the turbine.
  • Various technologies have been introduced to convert mechanical energy into electrical energy.
  • the present invention has been made to solve the problems of the prior art described above, and has an object to efficiently configure a structure for reducing friction of a rotating shaft of a generator by a bearing and to reduce effort required for maintenance / repair.
  • the composite bearing of the present invention for achieving the above object, the composite bearing according to the present invention, different bearings, that is, heterogeneous bearings to form one unit to complement each other to perform a bearing role.
  • the composite bearing of the present invention is formed to surround a part of the rotating shaft, and the gas bearing including the inner ring rotated with the rotation of the rotating shaft, and the outer ring formed to surround the inner ring, surrounds the gas bearing It is formed between the gas bearing and the cover module and the inner ring and the outer ring that are selectively spaced apart or in contact with each other, and the cover module is rotated between the inner ring and the outer ring before contacting the rotating shaft to reduce friction.
  • rolling bearings includes rolling bearings.
  • the cover module is formed so as to be spaced apart from the gas bearing as the gas is supplied at a predetermined pressure or more to maintain an independent state from rotation of the gas bearing.
  • the rolling bearing may be formed to rotate between the inner ring and the outer ring to reduce friction when the cover module contacts the gas bearing as gas is supplied below a predetermined pressure.
  • the generator of the present invention for achieving the above object is a turbine rotated by the working fluid, a rotating shaft rotated by the rotation of the turbine connected to the turbine, converting mechanical energy into electrical energy according to the rotation of the rotating shaft
  • the power generation unit and a portion of the rotating shaft, and a gas bearing that reduces frictional force of the rotating shaft by supply of gas, is formed to surround the gas bearing, and a cover module selectively spaced or contacted with the gas bearing And a rolling bearing which is rotated between the inner ring and the outer ring before the cover module contacts the rotating shaft to reduce friction.
  • the turbine, the rotating shaft, the power generation unit and the housing may be further provided with a housing space in which the composite bearing is accommodated.
  • a partition plate formed to partition the accommodation space at an arbitrary ratio may be formed inside the housing.
  • the partition plate may divide the accommodation space into a first division space in which the turbine is accommodated, and a second division space in which the power generation unit and the composite bearing are accommodated.
  • the housing may further include a three-way valve that selectively supplies gas to the first partition space.
  • a plurality of the composite bearings may be provided to support a plurality of points on the rotating shaft.
  • the rotating shaft has a shape that is elongated to protrude to both sides of the power generation unit, and the composite bearing may be formed to support both sides of the rotation shaft around the power generation unit.
  • the power generation system of the present invention for achieving the above object is a pump that provides energy for the circulation of the working fluid, a turbine rotated by the working fluid, a rotating shaft connected to the turbine and rotated by the rotation of the turbine, A power generation unit that converts mechanical energy into electrical energy according to the rotation of the rotating shaft, is formed to surround a part of the rotating shaft, and is formed to surround a gas bearing and a gas bearing that reduces frictional force of the rotating shaft by supply of gas.
  • a composite bearing comprising a cover module that is selectively spaced apart from or in contact with the gas bearing and a rolling bearing that rotates between the inner ring and the outer ring to reduce frictional force before the cover module contacts the rotating shaft, acting toward the power generation unit side
  • Gas supply flow path forming a path through which the fluid flows
  • the power generation unit A recovery channel forming a path for recovering the supplied working fluid, but connected to the gas supply channel to form a circulation path of the working fluid, through a condenser condensing the working fluid recovered through the recovery channel and the gas supply channel It includes an evaporator that performs heat exchange with the supplied working fluid.
  • it may further include a branch flow path that is branched from the gas supply flow path and supplies gas to the composite bearing.
  • the generator further includes a housing in which an accommodating space for accommodating the turbine, the rotating shaft, the power generation unit, and the composite bearing is formed, and the accommodating space is provided inside the housing, and a first divided space in which the turbine is accommodated.
  • a partition plate for dividing the power generation unit and the composite bearing into a second divided space may be formed.
  • gas supply flow path may be connected to the first partition space side, and the branch flow path may be connected to the second partition space side.
  • the housing may further include a three-way valve that selectively supplies gas to the first partition space.
  • the recovery flow path may include a main recovery flow path for recovering the gas supplied to the first partition space and an auxiliary recovery flow path for recovering the gas supplied to the second partition space and joining the main recovery flow path.
  • the composite bearing of the present invention for solving the above problems, and a generator and a power generation system including the same have the following effects.
  • the rolling bearing replaces it, thereby reducing the effort required for maintenance and repair, and also has the advantage of safely protecting the parts of the generator.
  • FIG. 1 is a view showing the appearance of a composite bearing according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2 and 3 are views showing the operation of the composite bearing according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a state of a generator and a power generation system including a composite bearing according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 5 and 6 are views showing a circulating structure of a gas in a power generation system including a composite bearing according to an embodiment of the present invention.
  • the composite bearing according to the present invention as different bearings, that is, heterogeneous bearings, form a single unit to complement each other to perform a bearing role, and the types of bearings used may be applied without limitation.
  • gas bearings and rolling bearings are applied as bearings used in the composite bearings, but the present invention is not limited thereto.
  • FIG. 1 is a view showing the appearance of a composite bearing according to an embodiment of the present invention.
  • the composite bearing according to an embodiment of the present invention is to be formed to support the rotating shaft 110 of the generator that converts the thermal energy of the working fluid into electrical energy by the turbine 120.
  • the composite bearing has a form in which a gas bearing 150, a cover module 130, and a rolling bearing 180 are provided.
  • the gas bearing 150 is formed to surround a part of the rotating shaft 110, and is formed to surround the inner ring 160 and the inner ring 160 that rotates with the rotation of the rotating shaft 110. It includes the outer ring 170.
  • cover module 130 is formed to surround the gas bearing 150, and is formed to be selectively spaced or contacted with the gas bearing 150.
  • the cover module 130 is formed to be spaced apart from the gas bearing 150 by a pressure of the gas as shown in FIG. 2 when the gas is supplied at a predetermined pressure or more, and the gas bearing 150 ) To maintain an independent state from the rotation, thereby reducing the rotational friction force of the rotation shaft 110.
  • the rolling bearing 180 is provided between the inner ring 160 and the outer ring 170, before the cover module 130 is in contact with the rotating shaft 110, the inner ring 160 and the outer ring 170 ) To reduce frictional forces.
  • the cover module 130 descends by its own weight and contacts the gas bearing 150, as shown in FIG. 3.
  • the rolling bearing 180 is rotated between the inner ring 160 and the outer ring 170 to serve to reduce friction.
  • the rolling bearing 180 replaces the gas bearing 150 to reduce the rotational friction force of the rotating shaft 110.
  • the rolling bearing 180 may be applied to any bearing type that is rotated between the outer ring 170 and the inner ring 160 to reduce frictional force, and there is no limitation on the shape.
  • a ball bearing or the like may be applied to the rolling bearing 180, but various bearings may be applied.
  • FIG. 4 is a view showing the state of the generator and the power generation system including a composite bearing according to an embodiment of the present invention.
  • the generator including a composite bearing is a turbine 120 that is rotated by the working fluid, and is connected to the turbine 120 to rotate the turbine 120 It is formed to surround a portion of the rotating shaft 110, the power generation unit 115 for converting mechanical energy into electrical energy in accordance with the rotation of the rotating shaft 110, and the rotating shaft 110, the supply of gas By the gas bearing 150 to reduce the frictional force of the rotating shaft 110, formed to surround the gas bearing 150, the cover module 130 and the spaced or selectively contact with the gas bearing 150 And a composite bearing including a rolling bearing 180 that is rotated between the inner ring 160 and the outer ring 170 to reduce frictional force before the cover module 130 contacts the rotating shaft 110.
  • the present invention is a gas supplied from the gas tank 210 circulates a circulation path by the pump 200, as a working fluid for rotating the turbine 120 of the generator, and the gas bearing 150 ).
  • the generator of the present embodiment may include a housing 10 in which accommodation spaces 12 and 14 are accommodated in the turbine 120, the rotating shaft 110, the power generation unit 115, and the composite bearing, A partition plate 15 formed to partition the accommodation spaces 12 and 14 in an arbitrary ratio may be formed inside the housing 10.
  • the partition plate 15 includes the accommodation spaces 12 and 14, the first partition space 14 in which the turbine 120 is accommodated, and the power generation unit 115 and the composite bearing. It is divided into two divided spaces (12).
  • the rotating shaft 110 is formed to penetrate the partition plate 150 over the first partition space 14 and the second partition space 12, the partition plate 150 is the rotary shaft 110 It is formed to maintain the airtightness between the first partition space 14 and the second partition space 12 without interfering with the rotation of the.
  • the plurality of composite bearings may be provided to be formed to support a plurality of points on the rotating shaft 110.
  • the rotating shaft 110 is elongated to protrude to both sides of the power generation unit 115.
  • the composite bearing is formed to support both sides of the rotating shaft 110 around the power generation unit 115.
  • FIG 5 and 6 are views showing a circulating structure of a gas in a power generation system including a composite bearing according to an embodiment of the present invention.
  • the power generation system forms a gas tank 210 in which gas is stored, a pump 200 providing energy for circulation of gas, and a path through which gas is introduced into the generator.
  • a gas supply flow path (20) and forms a path for recovering the gas supplied to the generator, but is connected to the gas supply flow path (20) to form a circulation path of gas, and recovery paths (40, 50), and the recovery It includes a condenser 400 for condensing the gas recovered through the flow paths 40 and 50, and an evaporator 300 for performing heat exchange with the gas supplied through the gas supply channel 20.
  • the power generation system of the present embodiment is branched from the gas supply flow path 20 to supply gas to the composite bearing side 30, and branched again from the branch flow path 30 to supply gas to each composite bearing. It may include a re-branching passage 32 to supply.
  • a control valve V 1 , V 2 ) for selective supply control of gas may be provided in the branch flow path 30 and the re-branch flow path 32.
  • the gas supply passage 20 is connected to the first partition space 14 side to supply gas to the turbine 120, and the branch passage 30 is connected to the second partition space 12 side to the It has the form of supplying gas to composite bearings.
  • the housing 10 may further include a three-way valve (V 3 ) for controlling to selectively supply gas to the first partition space (14).
  • V 3 a three-way valve
  • the recovery passages 40, 50 are the main recovery passage 40 for recovering the gas supplied to the first partition space 14, and the gas supplied to the second partition space 12 It includes an auxiliary recovery passage 50 for recovering and joining the main recovery passage 40.
  • the driving process of the power generation system of this embodiment is as follows.
  • gas flows through the gas supply passage 20, and the three-way valve V 3 is maintained in a locked state, so that the gas flows toward the branch passage 30 to provide gas bearing ( 150).
  • the working fluid accommodated in the first partition space 14 may be recovered through the main recovery passage 40.
  • the three-way valve V 3 is opened while the system is stable, and gas flowing through the gas supply passage 20 flows into the first partition space 14 side. It will function as an auxiliary working fluid of the turbine 120.
  • the gas introduced into the second dividing space 12 may be recovered through the auxiliary recovery channel 50, and the recovered gas will converge toward the main recovery channel 40.
  • the recovered gas is heat exchanged through the condenser 400 and the evaporator 300, and continuously converts thermal energy into electrical energy through the generator.

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Abstract

본 발명에 따른 복합베어링은, 회전축의 일부를 감싸도록 형성되며, 상기 회전축의 회전과 함께 회전되는 내륜과, 상기 내륜의 둘레를 감싸도록 형성되는 외륜을 포함하는 가스베어링, 상기 가스베어링을 감싸도록 형성되며, 상기 가스베어링과 선택적으로 이격되거나 접촉되는 커버모듈 및 상기 내륜 및 상기 외륜 사이에 구비되며, 상기 커버모듈이 상기 회전축에 접촉되기 전에 상기 내륜과 상기 외륜 사이에서 회전되어 마찰력을 저감시키는 구름베어링을 포함한다.

Description

복합베어링, 그리고 이를 포함하는 발전기 및 발전 시스템
본 발명은 복합베어링, 그리고 이를 포함하는 발전기 및 발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발전 과정에서 회전축에 발생하는 마찰력을 효과적으로 저감시킬 수 있도록 하는 복합베어링, 그리고 이를 포함하는 발전기 및 발전 시스템에 관한 것이다.
랭킨사이클(Rankine cycle) 및 랭킨사이클을 구성하는 터빈에 연결된 발전기를 포함하는 발전 시스템에 있어서, 고온 고압의 상태의 작동 매체를 터빈에 통과시켜 열에너지를 기계적에너지로 변환하고 발전기는 그 축이 터빈에 연결되어 기계적에너지를 전기에너지로 변환하는 다양한 기술이 소개되고 있다.
특히 이와 같은 발전기는 터빈의 회전과 연동되는 회전축의 마찰력을 저감시켜 부품의 마모를 최소화하고, 발전 효율을 높이도록 하는 것이 매우 중요하다.
종래의 경우 회전축의 마찰력을 저감시키기 위해 볼베어링 등 다양한 형태의 베어링이 사용되기는 하였으나, 이는 베어링의 연속적인 사용으로 인해 피로 및 마모가 쉽게 발생하게 되며, 적합한 시점에 유지/보수 작업을 수행하지 않을 경우 발전기의 다른 부품에도 손상을 유발하게 되는 문제가 있다.
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 베어링에 의한 발전기의 회전축 마찰 저감 구조를 효율적으로 구성하고, 유지/보수에 소요되는 노력을 경감하기 위한 목적을 가진다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 복합베어링은, 본 발명에 따른 복합베어링은, 서로 다른 베어링, 즉 이종의 베어링이 하나의 유닛을 이루어 상호 보완적으로 베어링 역할을 수행하는 것이다.
이와 같은 본 발명의 복합베어링은, 회전축의 일부를 감싸도록 형성되며, 상기 회전축의 회전과 함께 회전되는 내륜과, 상기 내륜의 둘레를 감싸도록 형성되는 외륜을 포함하는 가스베어링, 상기 가스베어링을 감싸도록 형성되며, 상기 가스베어링과 선택적으로 이격되거나 접촉되는 커버모듈 및 상기 내륜 및 상기 외륜 사이에 구비되며, 상기 커버모듈이 상기 회전축에 접촉되기 전에 상기 내륜과 상기 외륜 사이에서 회전되어 마찰력을 저감시키는 구름베어링을 포함한다.
또한 상기 커버모듈은, 가스가 기 설정된 압력 이상으로 공급됨에 따라 상기 가스베어링과 일정 간격 이격되도록 형성되어 상기 가스베어링의 회전으로부터 독립된 상태를 유지할 수 있다.
그리고 상기 구름베어링은, 가스가 기 설정된 압력 미만으로 공급됨에 따라 상기 커버모듈이 상기 가스베어링에 접촉될 경우, 상기 내륜과 상기 외륜 사이에서 회전되어 마찰력을 저감시키도록 형성될 수 있다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 발전기는, 작동유체에 의해 회전되는 터빈, 상기 터빈에 연결되어 상기 터빈의 회전에 의해 회전되는 회전축, 상기 회전축의 회전에 따라 기계적에너지를 전기에너지로 변환하는 발전유닛 및 상기 회전축의 일부를 감싸도록 형성되며, 가스의 공급에 의해 상기 회전축의 마찰력을 저감시키는 가스베어링, 상기 가스베어링을 감싸도록 형성되며, 상기 가스베어링과 선택적으로 이격되거나 접촉되는 커버모듈 및 상기 커버모듈이 상기 회전축에 접촉되기 전에 상기 내륜과 상기 외륜 사이에서 회전되어 마찰력을 저감시키는 구름베어링을 포함하는 복합베어링을 포함한다.
그리고 상기 터빈, 상기 회전축, 상기 발전유닛 및 상기 복합베어링이 수용되는 수용공간이 형성된 하우징을 더 포함할 수 있다.
또한 상기 하우징의 내부에는 상기 수용공간을 임의의 비율로 구획하도록 형성된 구획플레이트가 형성될 수 있다.
그리고 상기 구획플레이트는 상기 수용공간을, 상기 터빈이 수용되는 제1분할공간과, 상기 발전유닛 및 상기 복합베어링이 수용되는 제2분할공간으로 분할할 수 있다.
또한 상기 하우징은 상기 제1분할공간에 선택적으로 가스를 공급하는 삼방밸브를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 복합베어링은 복수 개가 구비되어 상기 회전축 상의 복수 지점을 지지하도록 형성될 수 있다.
또한 상기 회전축은 상기 발전유닛의 양측으로 돌출되도록 길게 연장된 형태를 가지며, 상기 복합베어링은 상기 발전유닛을 중심으로 상기 회전축의 양측을 지지하도록 형성될 수 있다.
그리고 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 발전 시스템은, 작동유체의 순환을 위한 에너지를 제공하는 펌프, 작동유체에 의해 회전되는 터빈, 상기 터빈에 연결되어 상기 터빈의 회전에 의해 회전되는 회전축, 상기 회전축의 회전에 따라 기계적에너지를 전기에너지로 변환하는 발전유닛, 상기 회전축의 일부를 감싸도록 형성되며, 가스의 공급에 의해 상기 회전축의 마찰력을 저감시키는 가스베어링, 상기 가스베어링을 감싸도록 형성되며, 상기 가스베어링과 선택적으로 이격되거나 접촉되는 커버모듈 및 상기 커버모듈이 상기 회전축에 접촉되기 전에 상기 내륜과 상기 외륜 사이에서 회전되어 마찰력을 저감시키는 구름베어링을 포함하는 복합베어링, 상기 발전유닛 측으로 작동유체가 유입되는 경로를 형성하는 가스공급유로, 상기 발전유닛에 공급된 작동유체를 회수하는 경로를 형성하되, 상기 가스공급유로와 연결되어 작동유체의 순환 경로를 형성하는 회수유로, 상기 회수유로를 통해 회수된 작동유체를 응축시키는 응축기 및 상기 가스공급유로를 통해 공급되는 작동유체와 열교환을 수행하는 증발기를 포함한다.
또한 상기 가스공급유로로부터 분지되어 가스를 상기 복합베어링에 공급하는 분지유로를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 발전기는 상기 터빈, 상기 회전축, 상기 발전유닛 및 상기 복합베어링이 수용되는 수용공간이 형성된 하우징을 더 포함하며, 상기 하우징의 내부에는 상기 수용공간을, 상기 터빈이 수용되는 제1분할공간과, 상기 발전유닛 및 상기 복합베어링이 수용되는 제2분할공간으로 분할하는 구획플레이트가 형성될 수 있다.
또한 상기 가스공급유로는 상기 제1분할공간 측으로 연결되며, 상기 분지유로는 상기 제2분할공간 측으로 연결될 수 있다.
그리고 상기 하우징은 상기 제1분할공간에 선택적으로 가스를 공급하는 삼방밸브를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 회수유로는, 상기 제1분할공간으로 공급된 가스를 회수하는 메인회수유로 및 상기 제2분할공간으로 공급된 가스를 회수하여 상기 메인회수유로에 합류시키는 보조회수유로를 포함할 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 복합베어링, 그리고 이를 포함하는 발전기 및 발전 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 가스베어링 및 구름베어링의 복합 구조로 인해 발전기의 회전축 마찰을 효과적으로 저감시킬 수 있는 장점이 있다.
둘째, 가스베어링의 구동에 문제가 발생할 경우 구름베어링이 이를 대체하여 구동되므로, 유지/보수에 소요되는 노력을 경감할 수 있는 것은 물론 발전기의 부품을 안전하게 보호할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합베어링의 모습을 나타낸 도면;
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합베어링의 동작을 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합베어링을 포함하는 발전기와 발전 시스템의 모습을 나타낸 도면; 및
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합베어링을 포함하는 발전 시스템에 있어서, 가스의 순환 구조를 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 복합베어링은, 서로 다른 베어링, 즉 이종의 베어링이 하나의 유닛을 이루어 상호 보완적으로 베어링 역할을 수행하는 것으로서, 사용되는 베어링의 종류는 제한없이 적용이 가능하다. 이하 설명되는 본 실시예의 경우, 상기 복합베어링에 사용되는 베어링으로서 가스베어링 및 구름베어링을 적용하는 것으로 하였으나, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합베어링의 모습을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합베어링은 터빈(120)에 의해 작동유체의 열에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기의 회전축(110)을 지지하도록 형성되는 것으로 하였다.
그리고 상기 복합베어링은, 가스베어링(150), 커버모듈(130) 및 구름베어링(180)이 구비된 형태를 가진다.
구체적으로 상기 가스베어링(150)은 회전축(110)의 일부를 감싸도록 형성되며, 상기 회전축(110)의 회전과 함께 회전되는 내륜(160)과, 상기 내륜(160)의 둘레를 감싸도록 형성되는 외륜(170)을 포함한다.
그리고 상기 커버모듈(130)은 상기 가스베어링(150)을 감싸도록 형성되며, 상기 가스베어링(150)과 선택적으로 이격되거나 접촉될 수 있도록 형성된다.
특히 본 실시예에서 상기 커버모듈(130)은, 가스가 기 설정된 압력 이상으로 공급될 경우 도 2와 같이 가스의 압력에 의해 상기 가스베어링(150)과 일정 간격 이격되도록 형성되어 상기 가스베어링(150)의 회전으로부터 독립된 상태를 유지하게 되어 상기 회전축(110)의 회전 마찰력을 저감시키게 된다.
그리고 상기 구름베어링(180)은 상기 내륜(160) 및 상기 외륜(170) 사이에 구비되며, 상기 커버모듈(130)이 상기 회전축(110)에 접촉되기 전에 상기 내륜(160)과 상기 외륜(170) 사이에서 회전되어 마찰력을 저감시키는 역할을 수행한다.
예컨대, 가스 공급이 기 설정된 압력 미만으로 공급되거나 정상적으로 이루어지지 않을 경우 등과 같은 돌발 상황 시 도 3에 도시된 바와 같이 상기 커버모듈(130)이 자중에 의해 하강하여 상기 가스베어링(150)에 접촉되며, 이와 같은 상황에서 상기 구름베어링(180)은 상기 내륜(160)과 상기 외륜(170) 사이에서 회전되어 마찰력을 저감시키는 역할을 수행할 수 있다.
즉 상기 구름베어링(180)은 상기 가스베어링(150)의 구동에 문제가 발생할 경우, 상기 가스베어링(150)을 대체하여 구동됨에 따라 상기 회전축(110)의 회전 마찰력을 저감시키게 된다.
그리고 상기 구름베어링(180)은, 상기 외륜(170) 및 상기 내륜(160) 사이에서 회전되어 마찰력을 저감시키는 베어링 형태라면 모두 적용될 수 있으며, 그 형태에는 제한이 없다. 예컨대, 상기 구름베어링(180)으로는 볼베어링 등이 적용될 수 있으나, 이외에도 다양한 베어링이 적용될 수 있을 것이다.
그리고 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합베어링을 포함하는 발전기와 발전 시스템의 모습을 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합베어링을 포함하는 발전기는 작동유체에 의해 회전되는 터빈(120)과, 상기 터빈(120)에 연결되어 상기 터빈(120)의 회전에 의해 회전되는 회전축(110)과, 상기 회전축(110)의 회전에 따라 기계적에너지를 전기에너지로 변환하는 발전유닛(115)과, 상기 회전축(110)의 일부를 감싸도록 형성되며, 가스의 공급에 의해 상기 회전축(110)의 마찰력을 저감시키는 가스베어링(150), 상기 가스베어링(150)을 감싸도록 형성되며, 상기 가스베어링(150)과 선택적으로 이격되거나 접촉되는 커버모듈(130) 및 상기 커버모듈(130)이 상기 회전축(110)에 접촉되기 전에 상기 내륜(160)과 상기 외륜(170) 사이에서 회전되어 마찰력을 저감시키는 구름베어링(180)을 포함하는 복합베어링을 포함한다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 복합베어링을 포함하는 발전 시스템은, 가스가 저장되는 가스탱크(210)와, 가스의 순환을 위한 에너지를 제공하는 펌프(200)와, 상기 발전기 측으로 가스가 유입되는 경로를 형성하는 가스공급유로(20)와, 상기 발전기에 공급된 가스를 회수하는 경로를 형성하되, 상기 가스공급유로(20)와 연결되어 가스의 순환 경로를 형성하는 회수유로(40, 50)와, 상기 회수유로(40, 50)를 통해 회수된 가스를 응축시키는 응축기(400)와, 상기 가스공급유로(20)를 통해 공급되는 가스와 열교환을 수행하는 증발기(300)를 포함한다.
이에 따라 본 발명은 상기 가스탱크(210)로부터 공급된 가스가 상기 펌프(200)에 의해 순환 경로를 순환하며, 상기 발전기의 터빈(120)을 회전시키기 위한 작동 유체로서, 그리고 상기 가스베어링(150)의 구동을 위해 사용될 수 있다.
그리고 본 실시예의 발전기는 상기 터빈(120), 상기 회전축(110), 상기 발전유닛(115) 및 상기 복합베어링이 수용되는 수용공간(12, 14)이 형성된 하우징(10)을 포함할 수 있으며, 상기 하우징(10)의 내부에는 상기 수용공간(12, 14)을 임의의 비율로 구획하도록 형성된 구획플레이트(15)가 형성될 수 있다.
구체적으로 상기 구획플레이트(15)는 상기 수용공간(12, 14)을, 상기 터빈(120)이 수용되는 제1분할공간(14)과, 상기 발전유닛(115) 및 상기 복합베어링이 수용되는 제2분할공간(12)으로 분할한 형태를 가진다.
이때 상기 회전축(110)은 상기 제1분할공간(14) 및 상기 제2분할공간(12)에 걸쳐 상기 구획플레이트(150)를 관통하도록 형성되며, 상기 구획플레이트(150)는 상기 회전축(110)의 회전에 간섭되지 않되 상기 제1분할공간(14) 및 상기 제2분할공간(12) 사이의 기밀을 유지할 수 있도록 형성된다.
그리고 상기 복합베어링은 복수 개가 구비되어 상기 회전축(110) 상의 복수 지점을 지지하도록 형성될 수 있으며, 본 실시예의 경우 상기 회전축(110)은 상기 발전유닛(115)의 양측으로 돌출되도록 길게 연장된 형태를 가지고, 상기 복합베어링은 상기 발전유닛(115)을 중심으로 상기 회전축(110)의 양측을 지지하도록 형성된다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합베어링을 포함하는 발전 시스템에 있어서, 가스의 순환 구조를 나타낸 도면이다.
전술한 바와 같이 본 실시예에 따른 발전 시스템은, 가스가 저장되는 가스탱크(210)와, 가스의 순환을 위한 에너지를 제공하는 펌프(200)와, 상기 발전기 측으로 가스가 유입되는 경로를 형성하는 가스공급유로(20)와, 상기 발전기에 공급된 가스를 회수하는 경로를 형성하되, 상기 가스공급유로(20)와 연결되어 가스의 순환 경로를 형성하는 회수유로(40, 50)와, 상기 회수유로(40, 50)를 통해 회수된 가스를 응축시키는 응축기(400)와, 상기 가스공급유로(20)를 통해 공급되는 가스와 열교환을 수행하는 증발기(300)를 포함한다.
또한 본 실시예의 발전 시스템은, 상기 가스공급유로(20)로부터 분지되어 가스를 상기 복합베어링 측에 공급하는 분지유로(30)와, 상기 분지유로(30)로부터 다시 분지되어 각 복합베어링으로 가스를 공급하는 재분지유로(32)를 포함할 수 있다. 이때 분지유로(30) 및 상기 재분지유러ㅗ(32)에는 가스의 선택적 공급 제어를 위한 제어밸브(V1, V2)가 구비될 수 있다.
즉 상기 가스공급유로(20)는 상기 제1분할공간(14) 측으로 연결되어 상기 터빈(120)에 가스를 공급하며, 상기 분지유로(30)는 상기 제2분할공간(12) 측으로 연결되어 상기 복합베어링에 가스를 공급하는 형태를 가진다.
또한 상기 하우징(10)은 상기 제1분할공간(14)에 선택적으로 가스를 공급하도록 제어하는 삼방밸브(V3)를 더 포함할 수 있다.
그리고 본 실시예에서 상기 회수유로(40, 50)는, 상기 제1분할공간(14)으로 공급된 가스를 회수하는 메인회수유로(40)와, 상기 제2분할공간(12)으로 공급된 가스를 회수하여 상기 메인회수유로(40)에 합류시키는 보조회수유로(50)를 포함한다.
이와 같은 본 실시예의 발전 시스템의 구동 과정은 다음과 같다.
먼저, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 가스공급유로(20)를 통해 가스가 유동되며, 상기 삼방밸브(V3)는 잠긴 상태로 유지되어 가스는 상기 분지유로(30) 측으로 유동되어 가스베어링(150)에 공급된다.
이와 같은 상태에서는 가스베어링(150)이 작동될 수 있으므로, 작동유체에 의한 상기 터빈(120)의 회전 시 상기 회전축(110)의 회전 마찰력을 경감시킬 수 있다.
또한 상기 제1분할공간(14)에 수용된 상기 작동유체는 상기 메인회수유로(40)를 통해 회수될 수 있다.
다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이 시스템이 안정된 상태에서 상기 삼방밸브(V3)를 개방시키게 되며, 상기 가스공급유로(20)를 통해 유동된 가스는 상기 제1분할공간(14) 측으로 유입되어 상기 터빈(120)의 보조적인 작동유체로서 기능하게 된다.
이때 상기 제2분할공간(12)에 유입된 가스는 보조회수유로(50)를 통해 회수될 수 있으며, 회수된 가스는 상기 메인회수유로(40) 측으로 합류하게 된다.
이후 회수된 가스는 응축기(400) 및 증발기(300)를 통해 열교환되며, 상기 발전기를 통해 지속적으로 열에너지를 전기에너지로 변환하게 된다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

Claims (16)

  1. 회전축의 일부를 감싸도록 형성되며, 상기 회전축의 회전과 함께 회전되는 내륜과, 상기 내륜의 둘레를 감싸도록 형성되는 외륜을 포함하는 가스베어링;
    상기 가스베어링을 감싸도록 형성되며, 상기 가스베어링과 선택적으로 이격되거나 접촉되는 커버모듈; 및
    상기 내륜 및 상기 외륜 사이에 구비되며, 상기 커버모듈이 상기 회전축에 접촉되기 전에 상기 내륜과 상기 외륜 사이에서 회전되어 마찰력을 저감시키는 구름베어링;
    을 포함하는 복합베어링.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커버모듈은,
    가스가 기 설정된 압력 이상으로 공급됨에 따라 상기 가스베어링과 일정 간격 이격되도록 형성되어 상기 가스베어링의 회전으로부터 독립된 상태를 유지하는 복합베어링.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구름베어링은,
    가스가 기 설정된 압력 미만으로 공급됨에 따라 상기 커버모듈이 상기 가스베어링에 접촉될 경우, 상기 내륜과 상기 외륜 사이에서 회전되어 마찰력을 저감시키도록 형성된 복합베어링.
  4. 작동유체에 의해 회전되는 터빈;
    상기 터빈에 연결되어 상기 터빈의 회전에 의해 회전되는 회전축;
    상기 회전축의 회전에 따라 기계적에너지를 전기에너지로 변환하는 발전유닛; 및
    상기 회전축의 일부를 감싸도록 형성되며, 가스의 공급에 의해 상기 회전축의 마찰력을 저감시키는 가스베어링, 상기 가스베어링을 감싸도록 형성되며, 상기 가스베어링과 선택적으로 이격되거나 접촉되는 커버모듈 및 상기 커버모듈이 상기 회전축에 접촉되기 전에 상기 내륜과 상기 외륜 사이에서 회전되어 마찰력을 저감시키는 구름베어링을 포함하는 복합베어링;
    을 포함하는 발전기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 터빈, 상기 회전축, 상기 발전유닛 및 상기 복합베어링이 수용되는 수용공간이 형성된 하우징을 더 포함하는 발전기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하우징의 내부에는 상기 수용공간을 임의의 비율로 구획하도록 형성된 구획플레이트가 형성된 발전기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 구획플레이트는 상기 수용공간을, 상기 터빈이 수용되는 제1분할공간과, 상기 발전유닛 및 상기 복합베어링이 수용되는 제2분할공간으로 분할하는 발전기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 하우징은
    상기 제1분할공간에 선택적으로 가스를 공급하는 삼방밸브를 더 포함하는 발전기.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 복합베어링은 복수 개가 구비되어 상기 회전축 상의 복수 지점을 지지하도록 형성된 발전기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 회전축은 상기 발전유닛의 양측으로 돌출되도록 길게 연장된 형태를 가지며,
    상기 복합베어링은 상기 발전유닛을 중심으로 상기 회전축의 양측을 지지하도록 형성되는 발전기.
  11. 작동유체의 순환을 위한 에너지를 제공하는 펌프;
    작동유체에 의해 회전되는 터빈;
    상기 터빈에 연결되어 상기 터빈의 회전에 의해 회전되는 회전축;
    상기 회전축의 회전에 따라 기계적에너지를 전기에너지로 변환하는 발전유닛;
    상기 회전축의 일부를 감싸도록 형성되며, 가스의 공급에 의해 상기 회전축의 마찰력을 저감시키는 가스베어링, 상기 가스베어링을 감싸도록 형성되며, 상기 가스베어링과 선택적으로 이격되거나 접촉되는 커버모듈 및 상기 커버모듈이 상기 회전축에 접촉되기 전에 상기 내륜과 상기 외륜 사이에서 회전되어 마찰력을 저감시키는 구름베어링을 포함하는 복합베어링;
    상기 발전유닛 측으로 작동유체가 유입되는 경로를 형성하는 가스공급유로;
    상기 발전유닛에 공급된 작동유체를 회수하는 경로를 형성하되, 상기 가스공급유로와 연결되어 작동유체의 순환 경로를 형성하는 회수유로;
    상기 회수유로를 통해 회수된 작동유체를 응축시키는 응축기; 및
    상기 가스공급유로를 통해 공급되는 작동유체와 열교환을 수행하는 증발기;
    를 포함하는 발전 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 가스공급유로로부터 분지되어 가스를 상기 복합베어링에 공급하는 분지유로를 더 포함하는 발전 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 발전기는 상기 터빈, 상기 회전축, 상기 발전유닛 및 상기 복합베어링이 수용되는 수용공간이 형성된 하우징을 더 포함하며,
    상기 하우징의 내부에는 상기 수용공간을, 상기 터빈이 수용되는 제1분할공간과, 상기 발전유닛 및 상기 복합베어링이 수용되는 제2분할공간으로 분할하는 구획플레이트가 형성되는 발전 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 가스공급유로는 상기 제1분할공간 측으로 연결되며,
    상기 분지유로는 상기 제2분할공간 측으로 연결되는 발전 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 제1분할공간에 선택적으로 가스를 공급하는 삼방밸브를 더 포함하는 발전기.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 회수유로는,
    상기 제1분할공간으로 공급된 가스를 회수하는 메인회수유로; 및
    상기 제2분할공간으로 공급된 가스를 회수하여 상기 메인회수유로에 합류시키는 보조회수유로;
    를 포함하는 발전 시스템.
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