KR102817123B1

KR102817123B1 - 베어링 윤활유 누유 방지장치 및 이를 포함하는 가스 터빈

Info

Publication number: KR102817123B1
Application number: KR1020230036170A
Authority: KR
Inventors: 정동화
Original assignee: 두산에너빌리티 주식회사
Priority date: 2023-03-20
Filing date: 2023-03-20
Publication date: 2025-06-04
Anticipated expiration: 2043-03-20
Also published as: KR20240141570A

Abstract

로터를 회전 가능하게 지지하는 베어링으로 공급되는 윤활유가 베어링 하우징의 외부로 누유되는 것을 방지할 수 있는 베어링 윤활유 누유 방지장치 및 이를 포함하는 가스 터빈이 개시된다.
개시된 베어링 윤활유 누유 방지장치는,
로터를 회전 가능하게 지지하는 베어링이 내부에 배치된 베어링 하우징; 베어링 하우징 내부에 형성되며 베어링으로 공급된 윤활유가 모여서 외부로 배출되는 오일 드레인 챔버; 로터와 베어링 하우징 사이를 밀봉하며 이격 배치되어 씰링 공간을 형성하는 복수의 씰링 부재; 씰링 공간으로 씰링 에어를 공급하여 씰링 에어에 의해 윤활유가 씰링 공간으로 넘어오는 것을 방지하며, 제1 연통홀을 통해 오일 드레인 챔버와 연통되어 씰링 공간으로 넘어온 윤활유의 적어도 일부가 오일 드레인 챔버로 모이도록 하는 씰링 에어 챔버;를 포함한다.

Description

베어링 윤활유 누유 방지장치 및 이를 포함하는 가스 터빈 {Bearing lubricating oil leak prevention device and gas turbine comprising it}

본 발명은 로터를 회전 가능하게 지지하는 베어링으로 공급되는 윤활유가 베어링 하우징의 외부로 누유되는 것을 방지할 수 있는 베어링 윤활유 누유 방지장치 및 이를 포함하는 가스 터빈에 관한 것이다.

터빈이란 증기, 가스와 같은 압축성 유체의 흐름을 이용하여 충동력 또는 반동력으로 회전력을 얻는 기계장치로, 증기를 이용하는 증기터빈 및 고온의 연소 가스를 이용하는 가스 터빈 등이 있다.

이 중, 가스 터빈은 크게 압축기와 연소기와 터빈으로 구성된다. 상기 압축기는 공기를 도입하는 공기 도입구가 구비되고, 압축기 하우징 내에 복수의 압축기 베인과, 압축기 블레이드가 교대로 배치되어 있다.

연소기는 상기 압축기에서 압축된 압축 공기에 대하여 연료를 공급하고 버너로 점화함으로써 고온고압의 연소 가스가 생성된다.

터빈은 터빈 케이싱 내에 복수의 터빈 베인과, 터빈 블레이드가 교대로 배치되어 있다. 또한, 압축기와 연소기와 터빈 및 배기실의 중심부를 관통하도록 로터가 배치되어 있다.

상기 로터는 양단부가 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된다. 그리고, 상기 로터에 복수의 디스크가 고정되어, 각각의 블레이드가 연결되는 동시에, 배기실측의 단부에 발전기 등의 구동축이 연결된다.

이러한 가스 터빈은 4행정 기관의 피스톤과 같은 왕복운동 기구가 없기 때문에 피스톤-실린더와 같은 상호 마찰부분이 없어 윤활유의 소비가 극히 적으며 왕복운동기계의 특징인 진폭이 대폭 감소되고, 고속운동이 가능한 장점이 있다.

가스 터빈의 작동에 대해서 간략하게 설명하면, 압축기에서 압축된 공기가 연료와 혼합되어 연소됨으로써 고온의 연소 가스가 만들어지고, 이렇게 만들어진 연소 가스는 터빈측으로 분사된다. 분사된 연소 가스가 상기 터빈 베인 및 터빈 블레이드를 통과하면서 회전력을 생성하고, 이에 상기 로터가 회전하게 된다.

한국공개특허 제2019-0001906호

본 발명은 로터를 회전 가능하게 지지하는 베어링으로 공급되는 윤활유가 베어링 하우징의 외부로 누유되는 것을 방지할 수 있는 베어링 윤활유 누유 방지장치 및 이를 포함하는 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 베어링 윤활유 누유 방지장치는,

로터를 회전 가능하게 지지하는 베어링이 내부에 배치된 베어링 하우징; 베어링 하우징 내부에 형성되며 베어링으로 공급된 윤활유가 모여서 외부로 배출되는 오일 드레인 챔버; 로터와 베어링 하우징 사이를 밀봉하며 이격 배치되어 씰링 공간을 형성하는 복수의 씰링 부재; 씰링 공간으로 씰링 에어를 공급하여 씰링 에어에 의해 윤활유가 씰링 공간으로 넘어오는 것을 방지하며, 제1 연통홀을 통해 오일 드레인 챔버와 연통되어 씰링 공간으로 넘어온 윤활유의 적어도 일부가 오일 드레인 챔버로 모이도록 하는 씰링 에어 챔버;를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 베어링 윤활유 누유 방지장치에 있어서, 베어링 하우징은, 베어링을 지지하도록 돌출 형성된 베어링 지지부와 베어링 지지부를 축 방향으로 관통하는 관통홀을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 베어링 윤활유 누유 방지장치에 있어서, 복수의 씰링 부재는 베어링 하우징의 전단부에 가깝게 배치되는 제1 씰링 부재와 베어링에 가깝게 위치하며 제1 씰링 부재와 이격 배치된 제2 씰링 부재를 포함하며, 씰링 공간은 제1 씰링 부재와 제2 씰링 부재 사이에 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 베어링 윤활유 누유 방지장치에 있어서, 씰링 에어 챔버는 베어링 하우징의 원주 방향을 따라 환형링 형상으로 형성되며, 제1 연통홀은 지면과 가장 가까운 최저점에 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 베어링 윤활유 누유 방지장치에 있어서, 제1 연통홀에 설치되는 드레인 플러그를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 베어링 윤활유 누유 방지장치에 있어서, 씰링 공간과 씰링 에어 챔버는 베어링 하우징에 관통 형성된 제2 연통홀에 의해 연통되며, 제2 연통홀을 통해 씰링 에어가 공급될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 베어링 윤활유 누유 방지장치에 있어서, 제2 연통홀은 베어링 하우징의 원주방향을 따라 복수개로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 베어링 윤활유 누유 방지장치에 있어서, 베어링 하우징은, 베어링 하우징의 내부로 오일을 유입시키기 위한 오일 인렛; 오일 인렛을 통해 유입된 오일을 베어링의 반경방향 외측면으로 공급하기 위해 베어링 하우징을 관통하여 형성되는 오일 유로; 오일 드레인 챔버로부터 오일을 배출시키기 위한 오일 아웃렛;을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 베어링 윤활유 누유 방지장치에 있어서, 베어링 하우징은, 베어링 하우징의 내부로 씰링 에어를 유입시키기 위한 에어 인렛; 에어 인렛을 통해 유입된 씰링 에어를 씰링 에어 챔버로 공급하기 위해 베어링 하우징을 관통하여 형성되는 에어 유로;를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 베어링 윤활유 누유 방지장치에 있어서, 에어 인렛은, 압축기에서 압축된 압축 공기의 일부를 유입하여 씰링 에어 챔버로 공급하며, 씰링 에어 챔버로 공급된 압축 공기는 씰링 에어로 활용될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈은,

공기를 흡입하여 고압으로 압축시키는 압축기; 압축기에 의해 압축된 공기를 연료와 혼합하여 연소시키는 연소기; 연소기에서 배출되는 고온, 고압의 연소가스를 이용하여 터빈 블레이드를 회전시키며 전력을 생산하는 터빈; 압축기 및 터빈을 관통하는 로터; 로터를 회전 가능하게 지지하는 베어링이 내부에 배치된 베어링 하우징; 베어링 하우징 내부에 형성되며 베어링으로 공급된 윤활유가 모여서 외부로 배출되는 오일 드레인 챔버; 로터와 베어링 하우징 사이를 밀봉하며 이격 배치되어 씰링 공간을 형성하는 복수의 씰링 부재; 씰링 공간으로 씰링 에어를 공급하여 씰링 에어에 의해 윤활유가 씰링 공간으로 넘어오는 것을 방지하며, 제1 연통홀을 통해 오일 드레인 챔버와 연통되어 씰링 공간으로 넘어온 윤활유의 적어도 일부가 오일 드레인 챔버로 모이도록 하는 씰링 에어 챔버;를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 베어링 하우징은, 베어링을 지지하도록 돌출 형성된 베어링 지지부와 베어링 지지부를 축 방향으로 관통하는 관통홀을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 복수의 씰링 부재는 베어링 하우징의 전단부에 가깝게 배치되는 제1 씰링 부재와 베어링에 가깝게 위치하며 제1 씰링 부재와 이격 배치된 제2 씰링 부재를 포함하며, 씰링 공간은 제1 씰링 부재와 제2 씰링 부재 사이에 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 씰링 에어 챔버는 베어링 하우징의 원주 방향을 따라 환형링 형상으로 형성되며, 제1 연통홀은 지면과 가장 가까운 최저점에 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 제1 연통홀에 설치되는 드레인 플러그를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 씰링 공간과 씰링 에어 챔버는 베어링 하우징에 관통 형성된 제2 연통홀에 의해 연통되며, 제2 연통홀을 통해 씰링 에어가 공급될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 제2 연통홀은 베어링 하우징의 원주방향을 따라 복수개로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 베어링 하우징은, 베어링 하우징의 내부로 오일을 유입시키기 위한 오일 인렛; 오일 인렛을 통해 유입된 오일을 베어링의 반경방향 외측면으로 공급하기 위해 베어링 하우징을 관통하여 형성되는 오일 유로; 오일 드레인 챔버로부터 오일을 배출시키기 위한 오일 아웃렛;을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 베어링 하우징은, 베어링 하우징의 내부로 씰링 에어를 유입시키기 위한 에어 인렛; 에어 인렛을 통해 유입된 씰링 에어를 씰링 에어 챔버로 공급하기 위해 베어링 하우징을 관통하여 형성되는 에어 유로;를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈에 있어서, 에어 인렛은, 압축기에서 압축된 압축 공기의 일부를 유입하여 씰링 에어 챔버로 공급하며, 씰링 에어 챔버로 공급된 압축 공기는 씰링 에어로 활용될 수 있다.

기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 로터를 회전 가능하게 지지하는 베어링으로 공급되는 윤활유가 베어링 하우징의 외부로 누유되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈이 일부 절개되어 도시된 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈의 개략적인 구조가 도시된 단면도이다.
도 3은 베어링 하우징이 도시된 사시도이다.
도 4는 도 3의 A-A' 라인을 따라 절단한 단면이 도시된 수직 단면도이다.
도 5는 도 4의 사시도이다.
도 6은 도 3의 B-B' 라인을 따라 절단한 단면이 도시된 수평 단면도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성요소는 가능한 한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈이 일부 절개되어 도시된 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈의 개략적인 구조가 도시된 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈(1000)은 압축기(1100), 연소기(1200), 터빈(1300)을 포함한다. 압축기(1100)는 방사상으로 설치된 다수의 블레이드(1110)를 구비한다. 압축기(1100)는 블레이드(1110)를 회전시키며, 블레이드(1110)의 회전에 의해 공기가 압축되면서 이동한다. 블레이드(1110)의 크기 및 설치 각도는 설치 위치에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서 압축기(1100)는 터빈(1300)과 직접 또는 간접적으로 연결되어, 터빈(1300)에서 발생되는 동력의 일부를 전달받아 블레이드(1110)의 회전에 이용할 수 있다.

압축기(1100)에서 압축된 공기는 연소기(1200)로 이동한다. 연소기(1200)는 환형으로 배치되는 복수의 연소 챔버(1210)와 연료 노즐 모듈(1220)을 포함한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈(1000)은 하우징(1010)을 구비하고 있고, 하우징(1010)의 후측에는 터빈을 통과한 연소 가스가 배출되는 디퓨져(1400)가 구비되어 있다. 그리고, 디퓨져(1400)의 앞쪽으로 압축된 공기를 공급받아 연소시키는 연소기(1200)가 배치된다.

공기의 흐름 방향을 기준으로 설명하면, 하우징(1010)의 상류측에 압축기(1100)가 위치하고, 하류 측에 터빈(1300)이 배치된다. 그리고, 압축기(1100)와 터빈(1300)의 사이에는 터빈(1300)에서 발생된 회전토크를 압축기(1100)로 전달하는 토크 전달부재로서의 토크튜브(1500)가 배치되어 있다.

압축기(1100)에는 복수(예를 들어 14매)의 압축기 로터 디스크(1120)가 구비되고, 상기 각각의 압축기 로터 디스크(1120)들은 타이로드(1600)에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결되어 있다.

구체적으로, 각각의 압축기 로터 디스크(1120)는 회전축을 구성하는 타이로드(1600)가 대략 중앙을 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬되어 있다. 여기서, 이웃한 각각의 압축기 로터 디스크(1120)는 대향하는 면이 타이로드(1600)에 의해 압착되어, 상대 회전이 불가능하도록 배치된다.

압축기 로터 디스크(1120)의 외주면에는 복수개의 블레이드(1110)가 방사상으로 결합되어 있다. 각각의 블레이드(1110)는 압축기 로터 디스크(1120)에 체결된다.

각각의 로터 디스크(1120)의 사이에는 하우징에 고정되어 배치되는 베인(미도시)이 위치한다. 베인은 로터 디스크와는 달리 회전하지 않도록 고정되며, 압축기 로터 디스크(1120)의 블레이드(1110)를 통과한 압축 공기의 흐름을 정렬하여 하류측에 위치하는 로터 디스크(1120)의 블레이드(1110)로 공기를 안내하는 역할을 하게 된다.

타이로드(1600)는 복수개의 압축기 로터 디스크(1120) 및 터빈 로터 디스크(1320)들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 타이로드(1600)는 하나 또는 복수의 타이로드로 구성될 수 있다. 타이로드(1600)의 일측 단부는 최상류측에 위치한 압축기 로터 디스크 내에 체결되고, 타이로드(1600)의 타측 단부는 고정 너트(1610)에 의해 체결된다.

타이로드(1600)의 형태는 가스 터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도 2에 제시된 형태로 한정될 것은 아니다. 즉, 도시된 바와 같이 하나의 타이로드가 로터 디스크의 중앙부를 관통하는 형태를 가질 수도 있고, 복수개의 타이로드가 원주상으로 배치되는 형태를 가질 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다.

도시되지는 않았으나, 가스 터빈의 압축기에는 유체의 압력을 높이고 난 후 연소기 입구로 들어가는 유체의 유동각을 설계 유동각으로 맞추기 위하여 디퓨져(diffuser)의 다음 위치에 안내깃 역할을 하는 베인이 설치될 수 있으며, 이를 디스윌러(deswirler)라고 한다.

연소기(1200)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소 가스를 만들어 내며, 등압연소과정으로 연소기 및 터빈 부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소 가스 온도를 높이게 된다.

가스 터빈의 연소시스템을 구성하는 연소기는 셀 형태로 형성되는 하우징 내에 다수가 배열될 수 있으며, 연료분사노즐 등을 포함하는 버너(Burner)와, 연소실을 형성하는 연소기 라이너(Combuster Liner), 그리고 연소기와 터빈의 연결부가 되는 트랜지션 피스(Transition Piece)를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 라이너는 연료노즐에 의해 분사되는 연료가 압축기의 압축공기와 혼합되어 연소되는 연소공간을 제공한다. 이러한 라이너는, 공기와 혼합된 연료가 연소되는 연소공간을 제공하는 화염통과, 화염통을 감싸면서 환형공간을 형성하는 플로우 슬리브를 포함할 수 있다. 또한 라이너의 전단에는 연료노즐이 결합되며, 측벽에는 점화플러그가 결합된다.

한편 라이너의 후단에는, 점화플러그에 의해 연소되는 연소 가스를 터빈 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션피스가 연결된다. 이러한 트랜지션피스는, 연소 가스의 높은 온도에 의한 파손이 방지되도록 외벽부가 압축기로부터 공급되는 압축공기에 의해 냉각된다.

이를 위해 트랜지션피스에는 공기를 내부로 분사시킬 수 있도록 냉각을 위한 홀들이 마련되며, 압축공기는 홀들을 통해 내부에 있는 본체를 냉각시킨 후 라이너 측으로 유동된다.

라이너의 환형공간에는 전술한 트랜지션피스를 냉각시킨 냉각공기가 유동되며, 라이너의 외벽에는 플로우 슬리브의 외부에서 압축공기가 플로우 슬리브에 마련되는 냉각 홀들을 통해 냉각공기로 제공되어 충돌할 수 있다.

한편, 연소기에서 나온 고온, 고압의 연소 가스는 터빈(1300)으로 공급된다. 공급된 고온 고압의 연소 가스가 팽창하면서 터빈의 회전날개에 충돌하여, 반동력을 주어 회전 토크가 야기되고, 이렇게 얻어진 회전 토크는 토크튜브(1500)를 거쳐 압축기으로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 동력은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.

터빈(1300)은 기본적으로는 압축기의 구조와 유사하다. 즉, 터빈(1300)에도 압축기의 압축기 로터 디스크와 유사한 복수의 터빈 로터 디스크(1320)가 구비된다. 따라서, 터빈 로터 디스크(1320) 역시, 방사상으로 배치되는 복수개의 터빈 블레이드(1310)를 포함한다. 터빈 블레이드(1310)는 도브테일 등의 방식으로 터빈 로터 디스크(1320)에 결합될 수 있다. 아울러, 터빈 블레이드(1310)들 사이에는 터빈 케이싱(1350)에 고정되는 터빈 베인(1330)이 구비되어, 터빈 블레이드(1310)를 통과한 연소 가스의 흐름 방향을 가이드하게 된다.

터빈 베인(1330)의 내측 단부와 외측 단부에 결합된 터빈 베인 플랫폼(1340)에 의해, 터빈 베인(1330)은 터빈 케이싱(1350) 내에 고정적으로 장착된다. 반면에, 터빈 케이싱(1350) 내측에 회전하는 터빈 블레이드(1310)의 외측 단부와 마주보는 위치에는 링 세그먼트(1360)가 터빈 블레이드(1310)의 외측 단부와 소정의 간극을 형성하도록 장착된다.

한편, 압축기 로터 디스크(1120), 터빈 로터 디스크(1320), 토크튜브(1500), 타이로드(1600) 등은 로터(R)를 구성하며, 로터(R)는 양단부가 베어링에 의해 지지되어 압축기와 터빈의 중심을 관통하고 회전 가능하도록 설치된다.

터빈(1300)으로 분사된 연소가스는 터빈 블레이드(1310)를 통과하면서 회전력을 생성시키고, 이에 따라 로터(R)가 회전하게 되며 압축기(1100)까지 회전력이 전달될 수 있다.

이때, 가스 터빈의 운전시 로터(R)와 베어링 사이에 발생되는 열을 식히기 위해 윤활유가 공급된다. 이를 위해 베어링 하우징(1700)은 베어링으로 공급되는 윤활유가 드레인되는 오일 드레인 챔버를 구비하고 있다. 하지만, 로터(R)의 회전에 따라 윤활유가 오일 씰 쪽으로 유동하면서 베어링 하우징(1700) 외부로 누유된다는 문제점이 있다.

이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여 상기의 베어링 윤활유의 누유를 방지할 수 있는 베어링 윤활유 누유 방지장치에 대해 설명한다. 도 3은 베어링 하우징이 도시된 사시도이고, 도 4는 도 3의 A-A' 라인을 따라 절단한 단면이 도시된 수직 단면도이며, 도 5는 도 4의 사시도이고, 도 6은 도 3의 B-B' 라인을 따라 절단한 단면이 도시된 수평 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 윤활유 누유 방지장치는, 로터(R)의 터빈측 후단부를 회전 가능하게 지지하는 후방 베어링(1701) 측에 유용하게 적용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 윤활유 누유 방지장치는 베어링 하우징(1700), 오일 드레인 챔버(1740), 복수의 씰링 부재(1731, 1732), 씰링 공간(1733), 씰링 에어 챔버(1750), 드레인 플러그(1760) 등을 포함할 수 있다.

베어링 하우징(1700)은, 로터(R)의 후단부와 이를 회전 가능하게 지지하는 후방 베어링(1701)이 내부에 배치되도록, 로터(R)의 후단부와 후방 베어링(1701)을 감싸도록 배치된다. 베어링 하우징(1700)은 중공 실린더 형태의 하우징 바디(1700a)와 하우징 바디(1700a)의 후단부를 폐쇄하는 하우징 캡(1700b)을 포함한다. 베어링 하우징(1700)은, 케이싱(10)과 베어링 하우징(1700) 사이에 설치되는 스트럿(1410)에 의해 지지될 수 있다.

또한, 베어링 하우징(1700)은, 후방 베어링(1701)을 지지하도록 돌출 형성된 베어링 지지부(1702)를 포함한다. 베어링 지지부(1702)에는 베어링 지지부(1702)를 축 방향으로 관통하는 관통홀(1703)이 구비되어, 베어링 지지부(1702)의 양측의 압력이 동일하게 유지되도록 할 수 있다.

베어링 하우징(1700)의 전단부에는 로터(R)가 관통하여 배치된다. 베어링 하우징(1700)과 로터(R) 사이를 밀봉하기 위해, 베어링 하우징(1700)과 로터(R) 사이에는 서로 이격되는 복수의 씰링 부재(1731, 1732)가 배치된다.

복수의 씰링 부재(1731, 1732)는 베어링 하우징(1700)의 전단부에 가깝게 배치되는 제1 씰링 부재(1731)와, 제1 씰링 부재(1731)보다 후방 베어링(1701)에 가깝게 위치하며 제1 씰링 부재(1731)와 일정 간격 이격 배치된 제2 씰링 부재(1732)를 포함한다. 복수의 씰링 부재(1731, 1732) 사이의 공간은 씰링 공간(1733)이 된다. 제1 씰링 부재(1731)와 제2 씰링 부재(1732)는 모두 라비린스 씰(labyrinth seal)일 수 있다.

베어링 하우징(1700)의 내부에는 오일 드레인 챔버(oil drain chamber; 1740)가 형성되며, 오일 드레인 챔버(1740)는 제2 씰링 부재(1732), 하우징 바디(1700a) 및 하우징 캡(1700b)에 의해 폐쇄될 수 있다. 즉, 제2 씰링 부재(1732)는 오일 드레인 챔버(1740)의 경계를 형성한다. 이에 따라, 후방 베어링(1701)으로 공급된 윤활유가 오일 드레인 챔버(1740) 내로 모여 베어링 하우징(1700) 외부로 드레인될 수 있다.

또한, 베어링 하우징(1700)은, 오일 인렛(1711, oil inlet), 오일 유로(1712), 오일 아웃렛(1713, oil outlet), 에어 인렛(1721), 에어 유로(1722)를 포함한다.

오일 인렛(1711)은 베어링 하우징(1700)의 내부로 오일을 유입시키는 오일 유입구이다. 오일 유로(1712)는 오일 인렛(1711)을 통해 유입된 오일을 후방 베어링(1701)의 반경방향 외측면으로 공급하기 위해 베어링 하우징(1700)을 관통하여 형성될 수 있다. 오일 아웃렛(1713)은 오일 드레인 챔버(1740)로부터 오일을 배출시키기 위한 오일 배출구이다.

오일 인렛(1711)은 베어링 하우징(1700)을 관통하는 홀로 형성되며, 오일 유로(1712)는 하우징 바디(1700a)의 내측면으로부터 베어링 지지부(1702)의 내측면까지 관통한다. 도 6에 오일 유로(1712)의 타단부(1712a)가 도시되어 있다.

오일 인렛(1711)과 오일 유로(1712)는 내부 파이프(미도시)를 통해 연결될 수 있다. 물론, 이에 한정되는 것은 아니며, 오일 인렛(1711)이 직접 오일 유로(1712)와 연결될 수도 있다. 이에 따라, 오일 인렛(1711)을 통해 유입되는 오일은 내부 파이프를 통해 오일 유로(1712)를 유동하고, 오일이 오일 유로(1712)를 통해 후방 베어링(1701)의 반경방향 외측면에 공급될 수 있다. 오일 아웃렛(1713)은 베어링 하우징(1700)의 하면을 관통하는 홀 형상으로 형성될 수 있다.

한편, 압축기(1100)에서 압축된 압축 공기의 일부는 에어 인렛(1721) 및 에어 유로(1722)를 통해 씰링 에어 챔버(1750, sealing air chamber) 내로 공급되어 씰링 에어로 활용될 수 있다. 에어 인렛(1721)은 베어링 하우징(1700)을 관통하는 홀로 형성되며, 에어 유로(1722)는 하우징 바디(1700a)의 내측면으로부터 씰링 에어 챔버(1750)의 벽면까지 관통 형성된다. 도 6을 참조하면, 에어 인렛(1721)과 에어 유로(1722)는 내부 파이프(미도시)를 통해 연결될 수 있다. 물론, 이에 한정되는 것은 아니며, 에어 인렛(1721)이 직접 에어 유로(1722)에 연결될 수도 있다. 에어 인렛(1721)을 통해 유입되는 씰링 에어는 내부 파이프를 통해 에어 유로(1722)를 유동하고 에어 유로(1722)를 통해 씰링 에어 챔버(1750) 내로 공급되어 채워질 수 있다.

씰링 에어 챔버(1750) 내로 공급된 씰링 에어는 제2 연통홀(1752)을 통해 제1 씰링 부재(1731)와 제2 씰링 부재(1732) 사이에 형성된 씰링 공간(1733)으로 공급되고, 씰링 공간(1733)에 채워진 씰링 에어에 의해 베어링 윤활유가 씰링 공간(1733)으로 넘어오는 것을 최대한 방지할 수 있다.

한편, 로터(R)가 회전함에 따라 후방 베어링(1701)으로 공급된 윤활유의 적어도 일부는 씰링 공간(1733)으로 넘어갈 수 있다. 씰링 에어 챔버(1750)는 씰링 공간(1733)으로 넘어간 윤활유가 베어링 하우징(1700)의 외부로 누유되지 않도록 한다.

씰링 에어 챔버(1750)는 베어링 하우징(1700) 내에 형성되며, 제1 씰링 부재(1731)와 제2 씰링 부재(1732) 사이에 형성된 씰링 공간(1733)과 연통된다. 도 6을 참조하면, 제1 씰링 부재(1731)와 제2 씰링 부재(1732) 사이에 형성된 씰링 공간(1733)과 씰링 에어 챔버(1750)는 베어링 하우징(1700)을 관통하는 제2 연통홀(1752)에 의해 연통될 수 있다. 제2 연통홀(1752)은 베어링 하우징(1700)의 원주방향을 따라 복수개로 형성될 수 있다.

씰링 에어 챔버(1750)는 씰링 공간(1733)으로 씰링 에어를 공급하여 채움으로써 베어링 윤활유가 씰링 공간(1733)으로 넘어오는 것을 최대한 방지한다. 하지만, 적어도 일부의 베어링 윤활유는 씰링 공간(1733)으로 넘어올 수 있다.

씰링 에어 챔버(1750)와 오일 드레인 챔버(1740)는 베어링 하우징(1700)의 내벽 구조에 의해 서로 분리되나, 제1 연통홀(1751)을 통해 연통될 수 있다. 로터의 회전으로 인해 후방 베어링(1701)으로 공급된 윤활유의 적어도 일부가 씰링 공간(1733)으로 넘어가 제2 연통홀(1752)을 통해 씰링 에어 챔버(1750) 내로 들어가더라도 제1 연통홀(1751)을 통해 오일 드레인 챔버(1740)로 원활하게 배출될 수 있다. 이에 따라, 윤활유가 베어링 하우징(1700)의 외부로 누유되는 것을 방지할 수 있다.

씰링 에어 챔버(1750)는 오일 드레인 챔버(1740)와 연통된 상태이므로, 씰링 에어 챔버(1750) 내의 오일은 오일 드레인 챔버(1740) 내의 오일이 채워진 선까지 채워진 상태가 유지된다. 즉, 상시 일정량의 오일이 채워져 있는 오일 드레인 챔버(1740)와 마찬가지로 씰링 에어 챔버(1750) 내에도 같은 수위로 상시 일정량의 오일이 채워지게 된다. 그 결과, 제1 연통홀(1751)은 오일에 의해 채워진 상태가 되므로, 씰링 에어 챔버(1750) 내의 씰링 에어가 제1 연통홀(1751)을 통해 누출되는 것을 방지할 수 있게 되어, 가스 터빈의 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 씰링 에어로 활용하기 위한 과도한 압축 공기의 추기를 방지하여 가스 터빈의 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 씰링 공간(1733)에 공급되는 씰링 에어는 윤활유가 누유되는 것을 방지하고, 씰링 에어 챔버(1750) 내에 채워진 오일은 씰링 에어가 누유되는 것을 방지한다.

씰링 에어 챔버(1750)는 베어링 하우징(1700)의 원주방향을 따라 환형링 형상으로 형성되며, 제1 연통홀(1751)을 통한 씰링 에어의 누출을 방지하기 위해, 씰링 에어 챔버(1750)와 오일 드레인 챔버(1740)를 연통시키는 제1 연통홀(1751)은 환형링 형상 씰링 에어 챔버(1750)의 지면과 가장 가까운 최저점에 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 씰링 에어 챔버(1750) 내에 오일(윤활유)이 가득 채워지면 씰링 공간(1733)으로 넘어간 오일의 출구가 막힌 상황이 되어, 오일은 씰링 공간(1733) 외부, 즉 제1 씰링 부재(1731) 외부로 누유될 수 있기에, 제1 연통홀(1751)을 통해 오일이 오일 드레인 챔버(1740)로 배출되어 씰링 에어 챔버(1750) 내에는 항상 일정한 여유 공간이 있도록 하는 것이 바람직하다.

이를 고려하여, 제1 연통홀(1751)에는 드레인 플러그(1760)가 설치될 수 있다. 드레인 플러그(1760)는 개구 면적이 조절되는 오리피스(orificce)를 포함할 수 있다. 드레인 플러그(1760)의 오리피스로 개구 면적을 조절하여 제1 연통홀(1751)을 통해 오일 드레인 챔버(1740)로 배출되는 오일의 유량을 조절하여 씰링 에어 챔버(1750) 내에 항상 일정한 여유 공간이 있도록 한다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

1000 : 가스 터빈
1100 : 압축기
1200 : 연소기
1300 : 터빈
1700 : 베어링 하우징
1701 : 후방 베어링
1731, 1732 : 씰링 부재
1733 : 씰링 공간
1740 : 오일 드레인 챔버
1750 : 씰링 에어 챔버
1751 : 제1 연통홀
1752 : 제2 연통홀
1760 : 드레인 플러그

Claims

로터를 회전 가능하게 지지하는 베어링이 내부에 배치된 베어링 하우징;
상기 베어링 하우징 내부에 형성되며 상기 베어링으로 공급된 윤활유가 모여서 외부로 배출되는 오일 드레인 챔버;
상기 로터와 상기 베어링 하우징 사이를 밀봉하며 이격 배치되어 씰링 공간을 형성하는 복수의 씰링 부재;
상기 씰링 공간으로 씰링 에어를 공급하여 상기 씰링 에어에 의해 윤활유가 상기 씰링 공간으로 넘어오는 것을 방지하며, 제1 연통홀을 통해 상기 오일 드레인 챔버와 연통되어 상기 씰링 공간으로 넘어온 윤활유의 적어도 일부가 상기 오일 드레인 챔버로 모이도록 하는 씰링 에어 챔버;
를 포함하는, 베어링 윤활유 누유 방지장치.
청구항 1에 있어서, 상기 베어링 하우징은,
상기 베어링을 지지하도록 돌출 형성된 베어링 지지부와
상기 베어링 지지부를 축 방향으로 관통하는 관통홀
을 포함하는, 베어링 윤활유 누유 방지장치.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 씰링 부재는 상기 베어링 하우징의 전단부에 가깝게 배치되는 제1 씰링 부재와 상기 베어링에 가깝게 위치하며 상기 제1 씰링 부재와 이격 배치된 제2 씰링 부재를 포함하며,
상기 씰링 공간은 상기 제1 씰링 부재와 상기 제2 씰링 부재 사이에 형성되는, 베어링 윤활유 누유 방지장치.
청구항 1에 있어서,
상기 씰링 에어 챔버는 상기 베어링 하우징의 원주 방향을 따라 환형링 형상으로 형성되며,
상기 제1 연통홀은 지면과 가장 가까운 최저점에 형성되는, 베어링 윤활유 누유 방지장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 연통홀에 설치되는 드레인 플러그를 더 포함하는, 베어링 윤활유 누유 방지장치.
청구항 1에 있어서,
상기 씰링 공간과 상기 씰링 에어 챔버는 상기 베어링 하우징에 관통 형성된 제2 연통홀에 의해 연통되며, 상기 제2 연통홀을 통해 상기 씰링 에어가 공급되는, 베어링 윤활유 누유 방지장치.
청구항 6에 있어서,
상기 제2 연통홀은 상기 베어링 하우징의 원주방향을 따라 복수개로 형성되는, 베어링 윤활유 누유 방지장치.
청구항 1에 있어서, 상기 베어링 하우징은,
상기 베어링 하우징의 내부로 오일을 유입시키기 위한 오일 인렛;
상기 오일 인렛을 통해 유입된 오일을 상기 베어링의 반경방향 외측면으로 공급하기 위해 상기 베어링 하우징을 관통하여 형성되는 오일 유로;
상기 오일 드레인 챔버로부터 오일을 배출시키기 위한 오일 아웃렛;를 포함하는,
베어링 윤활유 누유 방지장치.
청구항 8에 있어서, 상기 베어링 하우징은,
상기 베어링 하우징의 내부로 씰링 에어를 유입시키기 위한 에어 인렛;
상기 에어 인렛을 통해 유입된 씰링 에어를 상기 씰링 에어 챔버로 공급하기 위해 상기 베어링 하우징을 관통하여 형성되는 에어 유로;
를 포함하는, 베어링 윤활유 누유 방지장치.
청구항 9에 있어서, 상기 에어 인렛은,
압축기에서 압축된 압축 공기의 일부를 유입하여 상기 씰링 에어 챔버로 공급하며, 상기 씰링 에어 챔버로 공급된 압축 공기는 상기 씰링 에어로 활용되는, 베어링 윤활유 누유 방지장치.
공기를 흡입하여 고압으로 압축시키는 압축기;
상기 압축기에 의해 압축된 공기를 연료와 혼합하여 연소시키는 연소기;
상기 연소기에서 배출되는 고온, 고압의 연소가스를 이용하여 터빈 블레이드를 회전시키며 전력을 생산하는 터빈;
상기 압축기 및 상기 터빈을 관통하는 로터;
상기 로터를 회전 가능하게 지지하는 베어링이 내부에 배치된 베어링 하우징;
상기 베어링 하우징 내부에 형성되며 상기 베어링으로 공급된 윤활유가 모여서 외부로 배출되는 오일 드레인 챔버;
상기 로터와 상기 베어링 하우징 사이를 밀봉하며 이격 배치되어 씰링 공간을 형성하는 복수의 씰링 부재;
상기 씰링 공간으로 씰링 에어를 공급하여 상기 씰링 에어에 의해 윤활유가 상기 씰링 공간으로 넘어오는 것을 방지하며, 제1 연통홀을 통해 상기 오일 드레인 챔버와 연통되어 상기 씰링 공간으로 넘어온 윤활유의 적어도 일부가 상기 오일 드레인 챔버로 모이도록 하는 씰링 에어 챔버;
를 포함하는, 가스 터빈.
청구항 11에 있어서, 상기 베어링 하우징은,
상기 베어링을 지지하도록 돌출 형성된 베어링 지지부와
상기 베어링 지지부를 축 방향으로 관통하는 관통홀
을 포함하는, 가스 터빈.
청구항 11에 있어서,
상기 복수의 씰링 부재는 상기 베어링 하우징의 전단부에 가깝게 배치되는 제1 씰링 부재와 상기 베어링에 가깝게 위치하며 상기 제1 씰링 부재와 이격 배치된 제2 씰링 부재를 포함하며,
상기 씰링 공간은 상기 제1 씰링 부재와 상기 제2 씰링 부재 사이에 형성되는, 가스 터빈.
청구항 11에 있어서,
상기 씰링 에어 챔버는 상기 베어링 하우징의 원주 방향을 따라 환형링 형상으로 형성되며,
상기 제1 연통홀은 지면과 가장 가까운 최저점에 형성되는, 가스 터빈.
청구항 11에 있어서,
상기 제1 연통홀에 설치되는 드레인 플러그를 더 포함하는, 가스 터빈.
청구항 11에 있어서,
상기 씰링 공간과 상기 씰링 에어 챔버는 상기 베어링 하우징에 관통 형성된 제2 연통홀에 의해 연통되며, 상기 제2 연통홀을 통해 상기 씰링 에어가 공급되는, 가스 터빈.
청구항 16에 있어서,
상기 제2 연통홀은 상기 베어링 하우징의 원주방향을 따라 복수개로 형성되는, 가스 터빈.
청구항 11에 있어서, 상기 베어링 하우징은,
상기 베어링 하우징의 내부로 오일을 유입시키기 위한 오일 인렛;
상기 오일 인렛을 통해 유입된 오일을 상기 베어링의 반경방향 외측면으로 공급하기 위해 상기 베어링 하우징을 관통하여 형성되는 오일 유로;
상기 오일 드레인 챔버로부터 오일을 배출시키기 위한 오일 아웃렛;를 포함하는,
가스 터빈.
청구항 18에 있어서, 상기 베어링 하우징은,
상기 베어링 하우징의 내부로 씰링 에어를 유입시키기 위한 에어 인렛;
상기 에어 인렛을 통해 유입된 씰링 에어를 상기 씰링 에어 챔버로 공급하기 위해 상기 베어링 하우징을 관통하여 형성되는 에어 유로;
를 포함하는, 가스 터빈.
청구항 19에 있어서, 상기 에어 인렛은,
압축기에서 압축된 압축 공기의 일부를 유입하여 상기 씰링 에어 챔버로 공급하며, 상기 씰링 에어 챔버로 공급된 압축 공기는 상기 씰링 에어로 활용되는, 가스 터빈.