KR850000935B1 - 풍동 터어빈 날개피치 조절 시스템 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

풍동 터어빈 날개피치 조절 시스템

제1도는 본 발명의 날개피치 조절시스템이 적용된 대형 풍동터어빈의 측입면도.

제2도는 본 발명의 날개피치 조절시스템의 일부를 나타내는 부분 단면한 측입면도.

제3도는 본 발명의 날개피치 조절시스템의 다른 일부를 나타내는 부분 단면한 측입면도.

본 발명은 풍동터어빈에 관한 것으로, 특히 가변피치 풍동터어빈 날개의 피치를 선택적으로 조절하기 위한 시스템에 관한 것이다.

최적의 수행을 위해 풍동터어빈에 가변피치 날개를 제공하는 것이 바람직하다. 이러한 날개의 피치는, 세로축에 대해 날개를 선택적으로 선회시킴으로써 조절되고, 이는 풍동터어빈이 넓은 범위의 풍속조건에서도 최대효율을 나타낼 수 있게 하며, 터어빈의 시동을 도와주고 고속의 바람에서 과속작동을 하지 못하게 한다.

풍동터어빈 날개의 피치를 변화시키기 위해 여러가지 기구가 제안되어왔다. 이들중의 하나는 미합중국 특허 제4, 083, 651호에 나타나 있으며, 이는 날개에 연결되는 전자에 의해 날개가 뒤틀리는 구조로, 전자가 풍동터어빈의 회전자속도에 대해 원심적으로 작용함에 따라 날개를 뒤틀리게함으로써 풍동터어빈의 전작동 범위를 통하여 날개피치를 변화시킨다. 이러한 시스템의 날개피치조절은 터어빈의 장동중에는 물론 자동이고 연속적으로 조절되는 것이 가능하지만, 피치조절 범위를 극히 넓게하는 것은 불가능하다.

풍동터어빈 날개를 위한 다른 피치조절시스템은 미끄럼블록이 함께 회전하면서 풍동터어빈의 주축위에서 세로로 미끄러지는 것이다. 미끄럼 블록은, 날개가 자신의 축을 중심으로 선회하도록 회전하는 허브에 설치되는 풍동터어빈 날개에 다수의 링크에 의해 연결된다. 그 블록은 또한 베어링 기구를 통하여 다수의 고정 액튜에이터에 연결된다. 날개피치의 조절을 행할 때는 베어링 기구를 통해 작용하는 액튜에이터가 축위의 미끄럼 블록을 직진시키며, 이로써 차례로 링크를 이동시켜 날개를 선회시킨다. 종래의 시스템에서는 날개피치를 조절하는데 날개 스스로에 의한 운동에 대하여 저항하는데 필요한 충분한 에너지만 요구되는 것이 아니라 링크, 미끄럼블록 및 베어링기구의 중량과, 베어링과 축위의 미끄럼블록의 운동에 의한 마찰손실에 대하여서도 극복할 수 있는 에너지가 필요하다. 풍동터어빈의 상용으로서 실용성은 수용에너지의 양뿐만 아니라, 풍동터어빈의 작동에 관련된 손실에도 좌우되며, 종래의 날개피치 조절시스템에 관련하여 여기에 열거된 것과 같은 많은 손실 때문에 최저풍동 조건하에서 터어빈이 상용으로 이용되는 것은 어렵다.

여러가지 피치조절 시스템이 항공기 프로펠러에 제공되어 왔지만, 이러한 시스템은 풍동터어빈에 사용하는 것이 일반적으로 부적당하다. 이러한 피치조절 시스템의 실시예는 미합중국 특허 제1, 908, 894호와 제3, 163, 232호에 나타나있다. 미합중국 특허 제1, 908, 894호에는 프로펠러 날개의 피치가 기어를 통해 프로펠러 날개를 선회구동시키는 허브에 설치된 전기모터에 의해 변화된다. 날개와 전기모터 사이를 기어로 연결하는 것은 터어빈허브의 무게를 가하는 것이 되어 시스템에 부가적인 손실을 유발시킨다. 미합중국 특허 제3, 163, 232호에는 유압모터의 구동으로 캠-베벨기어의 비교적 중량물을 통해 날개의 피치를 조절하는 것으로, 이는 시스템에 많은 무게를 가하여 상당한 에너지 손실을 가져온다.

따라서 본 발명의 목적은 종래의 결함을 해결한 풍동터어빈 날개피치 조절시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 각 날개가 제어장치에 의해서 여러 피치각으로 동시에 조절되는 피치조절 시스템으 제공하고자 함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 경량의 날개피치 조절시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 시스템구동장치와 날개사이의 연결에 관한 손실을 극소화시킨 날개피치 조절시스템을 제공하고자 함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 경제적인 구조를 특징으로하는 시스템을 제공하는 것이다.

이외의 다른 목적들은 첨부된 특허청구 범위와 도면을 통한 상세한 설명으로 명백하게 알 수 있다. 본 발명에 있어서의 각 날개는 허브에 설치되어 함께 회전되고 그 회전은 날개에 직접 연결된 각각의 유압액튜에이터로 구동되며, 따라서 링크, 캠, 기어등 중간연결장치의 필요성과 이에 관련된 손실을 제거시킨다. 액튜에이터는 허브로부터 분리되어 있는 제어장치에 의해 독립적으로 제어되며, 그 제어장치는 주터어빈 축위에 배치된 전달 베어링같은 적당한 유체전달부재를 통하여 유체를 액튜에이터에 공급한다. 패더링(feathering)을 위한 비상유체 공급장치가 또한 액튜에이터에 직결되는 허브에 설치된다. 선형 가변 변위 변환기와 같은 피이드 백(feed back)장치로부터 날개의 피치위치에 대한 연속 조절시스템입력이 제공된다. 피이드 백 출력을 제어장치에 제공하는 미끄럼링-브라쉬조립체와 같은 적절한 장치를 통해 피이드 백 장치에 동력이 제공된다.

도면을 참조로하여 본 발명을 상세히 설명한다.

본 도면의 풍동터어빈 날개피치 조절시스템은 스피너(spinner)(15)에 의해 덮여진 회전허브(14)(제2도)위의 적당한 베어링(도시되어 있지 않음)에 설치되는 두개나 그 이상의 가변피치날개(10)(12)가 설치된 풍동터어빈에 사용되기 적합하며, 날개는 넓은 범위의 풍동조건을 통하여 풍동터어빈의 작동속도를 조절하기 위해서, 그리고 풍동터어빈의 운전정지를 위한 페더링(featherg)을 위해서 날개의 세로축에 대해 선택적으로 선회한다. 허브는 전기기계(18)따위의 부하장치를 구동시키는, 회전축(16)에 연결되어 있다. 축속도는 적절한 기어박스(20)에 의해 필요에 따라 변화된다. 여러가지 제어장치(50)와 함께 기어박스(50) 및 부하장치는 날개(10)(12)가 위쪽에 위치하는 탑(26)에 연결장치(24)에 의해서 선회가능하게 설치되고 나셀(nacelle)(22)안에 배치되어 있다.

본 발명의 날개피치 조절장치는 직접 연결되어 터어빈의 각 날개의 피치를 각각 조절하는 제1 및 제2유압 액튜에이터(28)(유압모터도 가능함)로 구성된다. 양호한 실시예로 두개의 날개와 두개의 액튜에이터가 나타나 있지만, 본 발명은 다수의 날개의 경우 다수의 액튜에이터로 구성된다. 각 액튜에이터는 왕복운동을 위하여 실린더(30)와 그 안에 배치된 대응연결봉(36)과 피스톤(34)으로 구성된다. 유압유체는 유압파이프(38)(40)을 통하여 피스톤 양쪽의 실린더로부터 배출되거나 유입된다.

제2도에 잘 나타나 있듯이, 연결봉(36)의 자유단부는 대응날개의 뿌리부분의 제1연결부재(42)에 날개의 세로축(a)로부터 간격(d)만큼 떨어져 연결되며, 따라서 피스톤의 왕복운동으로 날개의 세로축에 관하여 날개가 회전운동을 한다. 액튜에이터의 연결봉 반대측 실린더단부는 허브(14)의 중앙부46)의 측부(44)에 연결되며, 따라서 날개피치 조절장치에 의한 바람의 장애를 최소화시킨다. 각 액튜에이터가 하나의 날개에만 동력을 공급하기 때문에, 단일의 액튜에이터가 피치조절을 하기 위해 전날개를 구동시켜야 했던 종래의 여러가지 날개피치 조절시스템들과 비교하여 볼 때 액튜에이터가 경량화되고 소형화된다. 따라서 강력한 하나의 액튜에이터보다는 오히려 다수의 액튜에이터를 사용함으로써 터어빈허브에 심각한 중량상의 문제점을 일으키지는 않는다.

또한 각 날개마다 경량의 액튜에이터를 각각 허브에 설치함으로써 액튜에이터를 날개에 직접 연결시킬 수 있고, 따라서 종래의 풍동터어빈에서 사용되었던 미끄럼블록, 링크 및 베어링과 종래의 프로펠러피치 조절장치에서 사용된 회전캠이나 기어조립체와 같은 무겁고 부피가 큰 연결부재가 날개와 액튜에이터 사이에 설치될 필요가 없어진다. 전술한 바와같이 이러한 종래의 피치조절장치는 그 부품의 중량과 그 상호작용에서 일어나는 마찰력으로 인하여 시스템의 효율을 감소시킨다. 더우기 본 발명의 장치에 의하여 각 날개의 피치가 개별적으로 조절되고, 따라서 필요한 경우에는 동시에 제어장치에 의해 각각 다른 피치로 조절될 수 있다.

제2도와 제3도에 나타나 있듯이, 각 액튜에이터(28)로부터 파이프(38)(40)는 허브(14)의 중앙을 통하여 축향으로 제1 전달장치(52)에 의해 제어장치(50)에 연결되어 있다. 제어장치(50)는 액튜에이터(28)의 작동을 제어한다. 액튜에이터는 여기에 나타나 있듯이 유압액튜에이터인 경우, 제어장치는 선택적으로 피스톤(34)의 양측 실린더(30)내부에 압력을 가하는 유량조절장치를 지닌다.

제1도에 나타나 있듯이, 제어장치(50)은 나셀(22)위에 설치되는 것이 바람직하다.

유압액튜에이터를 사용할 때, 제1 전달장치는 전달베어링을 지니는데, 이 전달베어링은 외부 및 내부 동심체(54)(56)로 구성되며, 본 실시예에서는 내부 동심체(56)가 회전축(16)과 일체로 되어 베어링(57)을 통해 함께 회전한다. 내부 동심체(56)에는 방사상통로(60)와 축방향 통로(64)로 구성된 다수의 유체통로(58)가 제공된다. 각 유체통로(58)를 통해 액튜에이터(28) 및 페더(feather)장치와 연관된 파이프에 유압유체를 공급한다. 각 유체통로(58)는 외부 동심체(54)의 원주홈통로(66)에로 통하는 방사상통로(60)와 관통되고, 또한 외부 동심체(54)의 파이프(68)(69)를 통해 제어장치(50)와 통한다.

본 발명의 피치조절 시스템은 피이드 백 장치(70)를 포함하고, 각 피이드 백 장치(70)는 허브(14)에 설치되며 대응날개에 연결되고 날개의 피치에 대한 피이드 백 신호를 제어장치(50)에 제공하며, 이로써 제어장치는 연속적으로 피이드 백 신호를 기초로 액튜에이터(28)을 조절하여 날개위치를 정확하게 조절한다. 본 실시예에서, 피이드 백 장치(70)는, 가동코아가 날개뿌리의 자형 제2연결부재(73)에 선회가능하게 연결된 전기 변환기로 구성되며, 제1과 제2변환기(고정자)는 허브(14)의 내측부(74)에서 선회가능하게 연결된다. 따라서 액튜에이터(28)가 날개를 선회시킴에 따라 코어와 권선의 상대적인 배열이 변화하여, 제2변환기로부터의 출력을 날개피치에 따라 변화하게 한다. 피이드 백 장치로부터 방사상 내측으로 연결되고 허브축을 관통하여 후방으로 연결되고 내부동심체(56)를 통해 제2전달장치(80)에까지 설치된 파이프(76)를 통해서 피이드 백 장치(70)의 제1과 제2변환기의 코일로부터 제어장치(50)로 연결된다.

제3도에 의하면, 피이드 백 장치(70)가 전기적일 때, 제2전달장치(80)은 허브와 같은 속도이거나 기어박스(20)의 출력측의 고속회전속도로 회전하는 다수의 미끄럼 링(82)으로 구성된다. 본 실시예에서, 미끄럼 링은 내부 동심체(56)와 일체로 그 연장부에 설치되며, 다른 등가의 구조물도 또한 가능하다. 제3도에 잘나타나 있듯이, 전기선로는 내부 동심체(56)를 통해 세로로 배치되고 방사상으로 외부로 배치되어 미끄럼 링에 납땜 등의 수단으로 연결된다. 미끄럼 링(82)은, 미끄럼 링위에서 미끄러지는 고정된 브러쉬 지지장치(86)에 설치된 브러쉬(84)에 접촉한다. 전기선호(88)는 브러쉬와 제어장치 사이를 접속시킨다.

전술한 바와같이, 제어장치(50)는 피이드 백 장치(70)에 의한 피치의 피이드 백 신호에 따라 액튜에이터(28)에의 유체공급을 조절하며, 본 발명에서 제어장치는 상세히 설명하지 않았다. 따라서 제어장치가 적절한 형태의 전기와 유체논리회로를 협동시킨 구성이라는 점이 명백하다. 피치조절 시스템에 사용하기에 적절한 유압제어회로는 본원과 같은 날 출원되는 "풍동터어빈 날개조절 시스템"(메릿 비ㆍ앤드류 : Merritt B. Ardrn) 에기재되어 있다. 액튜에이터를 각각 조절할 필요가 있을 때에는 요구되는 작동조건에 따라 각각 다른 피치로 각 날개를 동시에 조절할 수 있는 여분의 논리회로가 물론 제어장치에 제공된다.

본 발명의 피치조절 시스템에는 액튜에이터로의 유체공급장치와는 관계없는 비상사태하에서 페더링을 시키기 위하여 날개에 동력을 주는 장치가 제공될 수 있으며, 따라서 공급장치의 가능장애에도 불구하고 작동가능하다. 본 실시예에서 대응 액튜에이터의 페더링을 위한 측면의 실린더에로 유압라인(91)과 서보 밸브(92)를 통하여 유체가 통하게 되는 유체 어큐뮬레이터(accumulator)(90)가 본 장치에 포함된다. 서어보 밸브(92)는 제어장치(50)에 의해서 유체나 전기로 조절된다. 유체조절이라면 밸브의 서어보부나 액튜에이터는 전달 베어링안의 통로를 통하여 제어장치(50)와 연결된다. 전기조절이라면 밸브는 제어장치(50)의전기부에 의해 조절되며, 제2전달장치의 미끄럼 링-브러쉬 조립체를 통해 연결된다.

이와같이 본 발명의 시스템에서 풍동터어빈 날개피치는 날개와 액튜에이터를 연결하는 종래의 기계조립체의 무겁고 복잡한 구조의 단점없이 효과적이고 효율적으로 조절될 수 있다는 것을 알 수 있다. 액튜에이터는 각 날개에 독립적으로 수행되기 때문에 대체적으로 경량이며, 한 날개에만 동력을 공급하면 된다. 액튜에이터와 제어장치 사이의 연결은 경제적인 구조로 이루어져 있어서, 이로인해 이러한 시스템에 의해 요구되는 동력을 경감시키고, 따라서 이러한 피치조절 시스템을 사용하는 풍동터어빈의 전효율을 높인다. 날개부근 허브위에 어큐뮬레이터를 설치함으로써 액튜에이터에 의한 유체공급이 실패한 경우에도 시스템의 페더링 능력을 보장한다.

본 발명의 피치조절 시스템의 단일 실시예를 나타냈지만, 당업자에 의해 본 발명의 영역과 정신안에서 특허청구 범위에 따라 여러가지 동등한 시스템에 제안될 수 있다.

Claims (1)

1. 회전허브(14)와 그 회전허브와 함께 회전하기 위하여 일반적으로, 그 허브에서 반경방향 회측으로 형성되고 날개피치를 변화시키기 위하여 세로축(a)에 대해 선회가능한 적어도 두개의 에어포일 날개(10, 12)를 구비한 풍동터어빈 날개피치 조절시스템에 있어서, 각 날개(10, 12)의 피치를 조절하기 위하여 직접 해당날개(10, 12)에 각각 연결되어 회전허브(14)와 함께 회전가능하고 그 회전허브(14)에 설치된 액튜에이터(28)와, 날개의 피치신호를 발생하기 위하여 날개에 작동가능하게 연결되고 상기 회전허브(14)에 설치된 피이드 백 장치(70)와, 그 회전허브(14)와 떨어져서 피이드 백 장치(70)에 의한 피치신호에 대하여 적어도 부분적으로 반응하여 액튜에이터(28)를 조절하는 제어장치(50)와, 그 제어장치(50)와 액튜에이터(28) 및 피이드 백 장치(70)의 각각의 사이에서 회전-정지 인터페이스를 통하여 통로를 제공하는 제1 및 제2전달장치(52, 80)를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 풍동터어빈 날개피치 조절시스템.

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