KR101634875B1 - Micro gas turbine with bearing cooling part - Google Patents
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Abstract
본 발명은 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈은 샤프트에 장착되며, 외부로부터 가스를 공급받아 고압 가스를 발생시키는 압축기; 상기 압축기로부터 고압 가스를 공급받아 고온 고압 가스를 발생시키는 연소기; 상기 샤프트에 장착되며, 상기 연소기에서 공급되는 고온 고압 가스로부터 에너지를 공급받아 동력을 발생시키는 터빈; 상기 샤프트에 장착되며, 상기 압축기로부터 발생되는 고압 가스를 이용하여 상기 샤프트에 가해지는 하중을 지지하는 베어링; 상기 샤프트를 감싸되 상기 샤프트와 소정간격 이격되어, 상기 고압 가스가 유동하는 유로를 형성하는 베어링 하우징; 상기 압축기로부터 발생되어 상기 연소기 측으로 이동하는 고압 가스 중 일부를 냉각시켜 상기 유로 측으로 공급하는 베어링 냉각부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 압축기를 통과한 고압 가스를 이용하여 샤프트에 장착되는 에어 베어링을 구동하되, 외부공기와 고압 가스의 혼합 또는 열교환 등을 통하여 고압 가스의 온도 상승을 방지함으로써 에어 베어링의 과열손상을 방지할 수 있는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈이 제공된다.The present invention relates to an ultra miniature gas turbine having a bearing cooling part, wherein the ultra miniature gas turbine having a bearing cooling part according to the present invention comprises: a compressor mounted on a shaft and supplied with gas from outside to generate a high pressure gas; A combustor for receiving a high-pressure gas from the compressor to generate a high-temperature high-pressure gas; A turbine mounted on the shaft and generating power by receiving energy from a high temperature and high pressure gas supplied from the combustor; A bearing mounted on the shaft and supporting a load applied to the shaft using a high-pressure gas generated from the compressor; A bearing housing enclosing the shaft and spaced apart from the shaft by a predetermined distance to form a flow path through which the high-pressure gas flows; And a bearing cooling unit for cooling a part of the high-pressure gas generated from the compressor and moving toward the combustor, to supply the cooled gas to the flow path side. Thus, the air bearing mounted on the shaft is driven by the high-pressure gas passed through the compressor, and the temperature rise of the high-pressure gas is prevented by mixing the external air and the high-pressure gas or by heat exchange, And a bearing cooling section capable of cooling the gas turbine.
Description
본 발명은 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 압축기를 통과한 고압 가스를 이용하여 샤프트에 장착되는 에어 베어링을 구동하되, 고압 가스를 냉각하거나 고압 가스의 온도 상승을 방지함으로써 에어 베어링의 과열손상을 방지할 수 있는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈에 관한 것이다.The present invention relates to an ultra miniature gas turbine having a bearing cooling unit, and more particularly, to an ultra miniature gas turbine having a bearing cooling unit, which drives an air bearing mounted on a shaft using a high pressure gas passed through a compressor, And a bearing cooling section capable of preventing overheat damage of the air bearing by preventing the air bearing from overheating.
최근 산업 및 사회 전반에 걸쳐, 집중형의 대형발전소와 달리 장시간 사용이 가능한 휴대용 동력원의 필요성이 크게 증가하고 있으며, 이러한 동력원의 방식으로는 연료전지, 리튬이온 충전지 등 다양하다. 특히, 초소형 가스터빈은 동일한 출력을 가진 왕복동식 엔진에 비해 초기투자비가 낮고 소형 경량화를 구현할 수 있으며, 구조가 간단하여 유지보수비가 낮다는 장점이 있다.Recently, the need for a portable power source that can be used for a long time unlike a large-scale centralized power plant has greatly increased throughout the industry and society. The power sources include fuel cells and lithium ion rechargeable batteries. Particularly, the miniaturized gas turbine has advantages such as low initial investment cost, small size and light weight compared with reciprocating engine having the same output, and simple structure and low maintenance cost.
현재 사용되고 있는 휴대용 기기에는 리튬 2차 전지가 주로 탑재되고 있다. 그러나, 대표적인 상용 2차 전지는 연속 사용시간이 짧고 충전하는데 오래 걸리는 단점이 있으며, 에너지 밀도도 이론 한계치에 근접하여 있는 상태여서 휴대용 전자기기의 고성능화가 기존 2차 전지로는 해결할 수 없는 상황까지 진행되고 있다. 최근 애완용 로봇, 휴머노이드 로봇 및 군사용 로봇과 같이 장시간 사용가능한 휴대용 동력원을 필요로 하는 제품들이 상용화 단계로 진입함에 따라 새로운 마이크로 동력공급장치의 필요성과 시급성이 매우 커지고 있는 상황이다. 마이크로 동력발생 장치는 기본적으로 에너지 밀도가 기존의 동력원보다 높아야 개발의 당위성이 보장되며, 출력과 에너지 밀도가 높은 동력발생장치로 초소형 가스 터빈(Ultra micro gas turbine,UMGT)이 주목을 받고 있다. Lithium secondary batteries are mainly used in portable devices currently in use. However, typical commercial secondary batteries have a disadvantage in that they are short in continuous use time and take a long time to charge, and the energy density is close to the theoretical limit, so that the performance of portable electronic devices can not be solved by conventional secondary batteries . Recently, as the products requiring portable power source such as pet robots, humanoid robots, and military robots are in commercialization phase, the need and urgency of a new micro power feeder is increasing. The micro power generation system is basically required to have higher energy density than the existing power source, and it is assured that it is necessary to develop the power generation system. Ultra micro gas turbine (UMGT) is attracting attention as a power generation device with high output and energy density.
일반적으로 초소형 가스터빈은 발전기와 압축기 및 터빈이 샤프트로 연결되는 구조를 가지며, 발전기 부분과 압축기 및 터빈 샤프트는 커플링에 의해 연결된다. 이러한 샤프트에는 압축기와 터빈의 회전에 의한 하중을 지지하기 위하여 베어링이 설치된다.Generally, a micro gas turbine has a structure in which a generator, a compressor and a turbine are connected to a shaft, and a generator portion and a compressor and a turbine shaft are connected by a coupling. These shafts are equipped with bearings to support loads caused by rotation of the compressor and the turbine.
초소형 가스터빈에서는 에어 베어링을 이용시 에어 베어링과 샤프트와의 사이에서 샤프트를 띄우기 위한 공기를 공급하는 구성을 설치하기 어려우며, 가스터빈 내부의 공기를 공급하더라도 공기의 온도가 높아 베어링이 쉽게 가열되어 손상되는 문제점이 있다.In a micro gas turbine, it is difficult to provide a structure for supplying air to float the shaft between the air bearing and the shaft when the air bearing is used. Even if air inside the gas turbine is supplied, the temperature of the air is high. There is a problem.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 압축기를 통과한 고압 가스를 이용하여 샤프트에 장착되는 에어 베어링을 구동하되, 외부공기와 고압 가스의 혼합 또는 열교환 등을 통하여 고압 가스의 온도 상승을 방지함으로써 에어 베어링의 과열손상을 방지할 수 있는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to solve the problems of the prior art described above and to provide a method of operating an air bearing mounted on a shaft using a high pressure gas passed through a compressor, And a bearing cooling section that prevents overheating of the air bearing by preventing a temperature rise of the gas.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 샤프트에 장착되며, 외부로부터 가스를 공급받아 고압 가스를 발생시키는 압축기; 상기 압축기로부터 고압 가스를 공급받아 고온 고압 가스를 발생시키는 연소기; 상기 샤프트에 장착되며, 상기 연소기에서 공급되는 고온 고압 가스로부터 에너지를 공급받아 동력을 발생시키는 터빈; 상기 샤프트에 장착되며, 상기 압축기로부터 발생되는 고압 가스를 이용하여 상기 샤프트에 가해지는 하중을 지지하는 베어링; 상기 샤프트를 감싸되 상기 샤프트와 소정간격 이격되어, 상기 고압 가스가 유동하는 유로를 형성하는 베어링 하우징; 상기 압축기로부터 발생되어 상기 연소기 측으로 이동하는 고압 가스 중 일부를 냉각시켜 상기 유로 측으로 공급하는 베어링 냉각부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈에 의해 달성된다.According to the present invention, the above object is achieved by a compressor comprising: a compressor mounted on a shaft and generating a high-pressure gas by being supplied with gas from the outside; A combustor for receiving a high-pressure gas from the compressor to generate a high-temperature high-pressure gas; A turbine mounted on the shaft and generating power by receiving energy from a high temperature and high pressure gas supplied from the combustor; A bearing mounted on the shaft and supporting a load applied to the shaft using a high-pressure gas generated from the compressor; A bearing housing enclosing the shaft and spaced apart from the shaft by a predetermined distance to form a flow path through which the high-pressure gas flows; And a bearing cooling part for cooling a part of the high pressure gas generated from the compressor and moving to the combustor side and supplying the cooled part to the flow path side.
여기서, 상기 압축기로부터 발생하는 고압 가스 중 일부는 상기 유로로 공급되고 나머지는 상기 연소기 측으로 이동하며, 상기 연소기 측으로 이동하는 상기 고압 가스 중 일부가 상기 베어링 냉각부로 공급되는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that a part of the high-pressure gas generated from the compressor is supplied to the flow path and the rest moves to the combustor side, and a part of the high-pressure gas moving to the combustor side is supplied to the bearing cooling unit.
여기서, 상기 베어링 냉각부는, 상기 고압 가스가 유입되며 일단이 상기 유로와 연통되는 제1관; 외부공기가 유입되며, 상기 고압 가스와 상기 외부공기가 혼합되어 상기 유로 측으로 공급되도록, 상기 제1관을 감싸도록 배치되되 일영역이 상기 제1관과 연통되는 제2관;을 포함하는 것이 바람직하다.Here, the bearing cooling unit may include: a first pipe through which the high-pressure gas flows and one end communicates with the flow path; And a second pipe arranged so as to surround the first pipe so that the high-pressure gas and the outside air are mixed and supplied to the flow path side, and one region communicates with the first pipe Do.
여기서, 상기 베어링 냉각부는, 상기 고압 가스가 유입되며 일단이 상기 유로와 연통되는 제1관; 상기 고압 가스가 냉각되도록, 외부공기가 유입되며 상기 제1관을 감싸도록 배치되는 제2관;을 포함하는 것이 바람직하다.Here, the bearing cooling unit may include: a first pipe through which the high-pressure gas flows and one end communicates with the flow path; And a second pipe arranged to surround the first pipe and to receive external air so that the high-pressure gas is cooled.
여기서, 상기 베어링 냉각부는, 상기 고압 가스가 유입되며 일단이 상기 유로와 연통되는 제1관; 상기 제1관을 감싸도록 배치되는 단열재;를 포함하는 것이 바람직하다.Here, the bearing cooling unit may include: a first pipe through which the high-pressure gas flows and one end communicates with the flow path; And a heat insulating material disposed to surround the first tube.
여기서, 상기 베어링 냉각부는 상기 샤프트의 길이방향의 절반 지점에 설치되는 것이 바람직하다.Here, the bearing cooling portion is preferably installed at a half of the longitudinal direction of the shaft.
여기서, 상기 베어링 냉각부는 상기 베어링 하우징을 관통하여 설치되는 것이 바람직하다.Here, the bearing cooling unit may be installed through the bearing housing.
본 발명에 따르면, 압축기와 터빈이 장착된 샤프트에 에어 베어링이 설치됨으로써, 마찰이 없는 상태로 부양 및 회전함으로써 별도의 윤활유가 요구되지 않으며 내구성이 우수하고 소음이 적은 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈이 제공된다.According to the present invention, an air bearing is provided in a shaft on which a compressor and a turbine are mounted, so that a small-sized gas turbine having a bearing cooling portion which is lifted and rotated in a frictionless state without requiring a separate lubricating oil, / RTI >
또한, 베어링은 압축기를 통과한 고압 가스를 이용하므로, 컴팩트한 구성을 갖는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈이 제공된다.Further, since the bearing utilizes the high-pressure gas that has passed through the compressor, there is provided an ultra-small gas turbine having a bearing cooling section having a compact configuration.
또한, 외부 공기를 이용하여 압축기를 통과한 공기 중 일부를 냉각 또는 온도 상승을 방지하므로, 베어링의 과열손상을 방지할 수 있다.Further, since the outside air is used to cool a part of the air that has passed through the compressor or to prevent the temperature from rising, it is possible to prevent the bearing from being overheated.
또한, 샤프트의 중간지점에 베어링 냉각부가 설치되므로, 압축기와 터빈 측에 균일하게 공기가 공급되어 균형을 맞출 수 있다.In addition, since the bearing cooling portion is provided at the middle point of the shaft, the air can be uniformly supplied to the compressor and the turbine side so that the balance can be balanced.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈의 개략적인 요부 단면도이며,
도 2는 도 1의 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈의 압축기를 통과한 고압가스의 이동경로를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 3은 도 1의 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈의 베어링 냉각부를 도시한 도면이며,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈의 베어링 냉각부를 도시한 도면이며,
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈의 베어링 냉각부를 도시한 도면이다.1 is a schematic cross-sectional view of a micro gas turbine having a bearing cooling unit according to a first embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a view schematically showing a movement path of a high-pressure gas passing through a compressor of an ultra-small gas turbine having a bearing cooling unit of FIG. 1,
3 is a view illustrating a bearing cooling unit of a micro gas turbine having the bearing cooling unit of FIG. 1,
4 is a view illustrating a bearing cooling unit of a micro gas turbine having a bearing cooling unit according to a second embodiment of the present invention,
5 is a view illustrating a bearing cooling unit of a micro gas turbine having a bearing cooling unit according to a third embodiment of the present invention.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.Prior to the description, components having the same configuration are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment. In other embodiments, configurations different from those of the first embodiment will be described do.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈에 대하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a micro gas turbine including a bearing cooling unit according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈은 압축기를 통과한 고압 가스를 이용하여 샤프트에 장착되는 에어 베어링을 구동하되, 외부공기와 고압 가스의 혼합를 혼합하여 고압 가스를 냉각함으로써 에어 베어링의 과열손상을 방지할 수 있는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈에 관한 것이다.The micro gas turbine having the bearing cooling unit according to the present embodiment drives an air bearing mounted on a shaft by using a high pressure gas passed through a compressor. By mixing the mixing of external air and high pressure gas to cool the high pressure gas, And a bearing cooling section capable of preventing overheat damage.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈의 개략적인 요부 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈(100)은, 샤프트(110)와, 샤프트(110)의 일단에 장착되는 압축기(120)와, 압축기(120)로부터 고압의 가스를 공급받는 연소기(130)와, 연소기(130)로부터 고온·고압의 가스를 공급받는 터빈(140)과, 샤프트(110)에 장착되는 베어링(150)과, 샤프트(110)를 감싸도록 배치되되 소정간격 이격되는 베어링 하우징(160) 및 베어링 냉각부(170)를 포함한다.1 is a schematic cross-sectional view of a micro gas turbine having a bearing cooling unit according to a first embodiment of the present invention. 1, an
샤프트(110)는 터빈(140) 등 회전체의 회전에 의한 동력을 전달하는 구성이다. 샤프트(110)의 양단에는 각각 압축기(120)와 터빈(140)이 장착되며, 또한, 샤프트(110)에는 하중을 지지하기 위한 베어링(150)이 장착된다.The
압축기(120)는 외부로부터 가스를 공급받아 고압의 가스를 발생시키는 구성이다. 압축기(120)는 모터(미도시)에 의해 초기에 구동이 되며, 회전함으로써 외부로부터 공급되는 가스를 압축하여 고압의 가스를 발생시킨다. 이때, 외부로부터 압축기(120)에 공급되어 압축된 가스는 약 200℃ 정도의 온도가 된다.The
한편, 외부로부터 유입되어 압축기(120)를 통과한 고압 가스는, 일부는 유로(161) 측으로 공급되며, 나머지는 연소기(130) 측으로 이동된다. 또한, 연소기(130) 측으로 이동하는 고압 가스 중 일부는 베어링 냉각부(170) 측으로 유입된 뒤 냉각되어 유로(161) 측으로 공급된다.On the other hand, the high-pressure gas introduced from the outside and passed through the
연소기(130)는 압축기(120)로부터 공급받은 고압의 가스로부터 고온·고압의 가스를 발생시키기 위한 구성이다. 연소기(130)는 중공 형상으로 마련되며, 연료를 공급하기 위한 연료 공급관(미도시)이 연통되고, 점화기가 설치된다. 즉, 연소기(130)는 압축기(120)로부터 공급받은 고압의 가스와 연료가 혼합된 혼합가스를 점화기를 통하여 점화하여 연소시킴으로써 고온·고압의 가스를 발생시키는 구성이다.The
연소기(130)에서 압축기(120)로부터 공급되는 고압의 가스가 연소되는 경우, 연소기(130)의 온도는 매우 높으며, 본 실시예에서 연소기(130)의 온도는 약 1000℃ 정도이다.When the high-pressure gas supplied from the
터빈(140)은 연소기(130)에서 발생한 고온·고압의 가스로부터 에너지를 전달받아 동력을 발생하기 위한 구성이다. 터빈(140)은 압축기(120)와 함께 샤프트(110)에 설치된다.The
베어링(150)은 압축기(120)와 터빈(140)의 회전에 의하여 샤프트(110)에 가해지는 하중을 지지하기 위한 구성이다. 베어링(150)은 에어 베어링(air bearing)으로 마련된다. 에어 베어링은 고속으로 회전하는 디스크와 포일 형태의 구조물 사이의 자동적으로 발생하는 유체동압을 이용하여 축을 지지한다.The
도 2는 도 1의 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈의 압축기를 통과한 고압가스의 이동경로를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 실시예에서 베어링(150)은 압축기(120)를 통과하여 유로(161)로 유입된 압축공기 및 압축기(120)를 통과하여 연소기(130) 측으로 이동하는 공기 중 일부가 베어링 냉각부(170)로 유입된 뒤 유로(161)로 유입된 압축공기를 이용한다. 이때, 베어링 냉각부(170)로 유입된 압축공기는 외부 공기에 의하여 냉각되므로, 베어링(150)의 온도 상승으로 인한 과열손상 등이 방지된다. FIG. 2 is a view schematically showing a moving path of a high-pressure gas that has passed through a compressor of a micro gas turbine having a bearing cooling unit of FIG. 1; Referring to FIG. 2, in this embodiment, the
한편, 샤프트(110)가 고속으로 회전하면서 베어링(150)과 샤프트(110) 사이에 압축공기 막이 형성되며, 마찰이 없는 상태로 부양 및 고속회전 하므로 별도의 윤활유는 요구되지 않는다. 또한, 유로(131)로 유입된 압축공기에 의하여 베어링(140)이 샤프트(110)를 지지할 뿐만 아니라 베어링(140)이 냉각되어 과열 손상이 방지된다.On the other hand, a compressed air film is formed between the bearing (150) and the shaft (110) while the shaft (110) rotates at a high speed and is lifted and rotated at a high speed without friction. In addition, the compressed air introduced into the flow path 131 not only supports the
베어링 하우징(160)은 내부에 베어링(170)이 수용되는 구성으로서, 샤프트(110)를 감싸되 샤프트(110)와 소정간격 이격된다. 샤프트(110)와 베어링 하우징(160) 사이의 이격공간은 압축기(120)를 통과한 고압 가스가 유동되는 유로(161)로 작용한다. 즉, 베어링 하우징(160)은 베어링(150)을 수용함과 동시에 샤프트(110)와 소정간격 이격되어 베어링(150)으로부터 샤프트(110)를 띄우기 위한 유로(161)를 형성한다.The bearing
도 3은 도 1의 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈의 베어링 냉각부를 도시한 도면이다. 베어링 냉각부(170)는 압축기(120)를 통과하여 연소기(130) 측으로 이동하는 압축공기 중 일부를 냉각시켜 유로(161) 측으로 공급되도록 함으로써, 베어링(150)의 작동 및 베어링(150)을 냉각시키기 위한 구성이다. 도 3을 참조하면, 베어링 냉각부(170)는 제1관(171)과 제2관(172)을 포함하는 이중관 형상으로 마련된다.3 is a view illustrating a bearing cooling unit of a micro gas turbine including the bearing cooling unit of FIG. The bearing
제1관(171)은 압축기(120)를 통과하여 연소기(130) 측으로 이동하는 압축 공기 중 일부가 유로(161) 측으로 이동하는 경로로서, 일단은 압축기(120)를 통과하여 연소기(130) 측으로 이동하는 이동경로 상에 위치하며, 타단은 유로(161)와 연통되도록 마련된다.The
제2관(172)은 제1관(171)을 따라 이동하는 압축공기를 냉각시키기 위한 구성으로서, 제1관(171)을 감싸도록 마련되며, 외부공기공급부(172a)가 설치되어 내부에는 외부로부터 공급되는 외부공기가 유입된다. 제1관(171)과 제2관(172)은 유로(161) 근처에서 상호 연통되도록 마련되어, 압축공기와 외부공기는 상호 혼합된다. 외부공기의 온도가 압축기(120)를 통과한 압축공기의 온도에 비하여 상대적으로 아주 낮으므로, 상호 혼합된 공기의 온도는 낮아지며, 유로(161)에는 냉각된 압축공기가 공급된다.The
제1관(171)으로 유입된 압축공기는 제2관(172) 내부의 외부공기와 혼합되어 냉각되며, 베어링(150)과 샤프트(110)의 유로(161)로 공급되어 샤프트(110)를 뜨게 하여 하중을 지지한다. 또한, 압축공기가 냉각되므로 베어링(150)의 과열손상을 방지한다.The compressed air flowing into the
한편, 베어링 냉각부(170)는 샤프트(110)의 길이방향의 절반지점 즉, 중간지점에 설치되는 것이 바람직하다. 베어링 냉각부(170)를 통하여 유로(161)로 공급된 냉각된 압축공기는 압축기(120)와 터빈(140) 측으로 이동하며, 샤프트(110)의 중간지점에 설치되어 균일한 양이 각각 공급됨으로써, 샤프트(110)에 가해지는 추력 조절 및 균일한 냉각이 가능하다.
Meanwhile, the bearing cooling
다음으로 본 발명의 제2실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈에 대하여 설명한다.Next, a micro gas turbine having a bearing cooling unit according to a second embodiment of the present invention will be described.
본 실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈은 압축기를 통과한 고압 가스를 이용하여 샤프트에 장착되는 에어 베어링을 구동하되, 외부공기와 고압 가스의 열교환에 의한 냉각을 통하여 고압 가스의 온도 상승을 방지함으로써 에어 베어링의 과열손상을 방지할 수 있는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈에 관한 것이다.The micro gas turbine having the bearing cooling unit according to the present embodiment drives an air bearing mounted on a shaft using a high pressure gas passed through a compressor. The air bearing is cooled by heat exchange between external air and high pressure gas, And a bearing cooling section capable of preventing overheat damage of the air bearing by preventing the air bearing from being overheated.
본 발명의 제2실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈은, 샤프트(110)와, 샤프트(110)의 일단에 장착되는 압축기(120)와, 압축기(120)로부터 고압의 가스를 공급받는 연소기(130)와, 연소기(130)로부터 고온·고압의 가스를 공급받는 터빈(140)과, 샤프트(110)에 장착되는 베어링(150)과, 샤프트(110)를 감싸도록 배치되되 소정간격 이격되는 베어링 하우징(160) 및 베어링 냉각부(270)를 포함한다. 상술한 샤프트(110)와, 압축기(120)와, 연소기(130)와, 터빈(140)과, 베어링(150) 및 베어링 하우징(160)은 제1실시예와 동일하므로 중복 설명은 생략한다.The micro gas turbine including the bearing cooling unit according to the second embodiment of the present invention includes a
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈의 베어링 냉각부를 도시한 도면이다. 베어링 냉각부(270)는 압축기(120)를 통과하여 연소기(130) 측으로 이동하는 압축공기 중 일부를 냉각시켜 유로(161) 측으로 공급되도록 함으로써, 베어링(150)의 작동 및 베어링(150)을 냉각시키기 위한 구성이다. 도 4를 참조하면, 베어링 냉각부(270)는 제1관(171)과 제2관(172)을 포함하는 이중관 형상으로 마련된다. 본 실시예에서 베어링 냉각부(270)는 제1실시예와 달리 압축공기를 열교환을 통하여 냉각시키는 점에서 상이하다.4 is a view illustrating a bearing cooling unit of a micro gas turbine having a bearing cooling unit according to a second embodiment of the present invention. The bearing cooling unit 270 cools a portion of the compressed air moving through the
제1관(271)은 압축기(120)를 통과하여 연소기(130) 측으로 이동하는 압축 공기 중 일부가 유로(161) 측으로 이동하는 경로로서, 일단은 압축기(120)를 통과하여 연소기(130) 측으로 이동하는 이동경로 상에 위치하며, 타단은 유로(161)와 연통되도록 마련된다.The first pipe 271 is a path through which a portion of the compressed air traveling through the
제2관(272)은 제1관(271)을 따라 이동하는 압축공기를 냉각시키기 위한 구성으로서, 제1관(271)을 감싸도록 마련되며, 외부공기공급부(172a)가 설치되어 내부에는 외부로부터 공급되는 외부공기가 유입된다. 제1관(271) 내부의 압축공기는 제2관(272) 내부를 유동하는 외부공기와 열교환되어 냉각되어 유로(161)로 공급된다.The second pipe 272 is configured to cool the compressed air moving along the first pipe 271 and surrounds the first pipe 271. The second pipe 272 is provided with an external
제1관(271)으로 유입된 압축공기는 제2관(272) 내부의 외부공기와 열교환을 통하여 냉각되며, 베어링(150)과 샤프트(110)의 유로(161)로 공급되어 샤프트(110)를 뜨게 하여 하중을 지지한다. 또한, 압축공기가 냉각되므로 베어링(150)의 과열손상을 방지한다.
The compressed air introduced into the first pipe 271 is cooled through heat exchange with the external air inside the second pipe 272 and supplied to the
다음으로 본 발명의 제3실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈에 대하여 설명한다.Next, a micro gas turbine having a bearing cooling unit according to a third embodiment of the present invention will be described.
본 실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈은 압축기를 통과한 고압 가스를 이용하여 샤프트에 장착되는 에어 베어링을 구동하되, 고압 가스를 단열시킴으로써 고압 가스의 온도 상승을 방지함으로써 에어 베어링의 과열손상을 방지할 수 있는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈에 관한 것이다.The micro gas turbine including the bearing cooling unit according to the present embodiment drives an air bearing mounted on a shaft by using a high pressure gas passed through a compressor. By protecting the high pressure gas from heat, the temperature of the high pressure gas is prevented from rising, The present invention relates to an ultra-small gas turbine having a bearing cooling section capable of preventing damage.
본 발명의 제3실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈은, 샤프트(110)와, 샤프트(110)의 일단에 장착되는 압축기(120)와, 압축기(120)로부터 고압의 가스를 공급받는 연소기(130)와, 연소기(130)로부터 고온·고압의 가스를 공급받는 터빈(140)과, 샤프트(110)에 장착되는 베어링(150)과, 샤프트(110)를 감싸도록 배치되되 소정간격 이격되는 베어링 하우징(160) 및 베어링 냉각부(370)를 포함한다. 상술한 샤프트(110)와, 압축기(120)와, 연소기(130)와, 터빈(140)과, 베어링(150) 및 베어링 하우징(160)은 제1실시예와 동일하므로 중복 설명은 생략한다.A micro gas turbine having a bearing cooling unit according to a third embodiment of the present invention includes a
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈의 베어링 냉각부를 도시한 도면이다. 베어링 냉각부(370)는 압축기(120)를 통과하여 연소기(130) 측으로 이동하는 압축공기의 온도 상승이 방지되며 유로(161) 측으로 공급되도록 함으로써, 베어링(150)의 작동시키기 위한 구성이다. 도 5를 참조하면, 베어링 냉각부(370)는 제1관(171)과 제1관(171)의 외주면을 감싸도록 배치되는 단열재(372)를 포함한다. 본 실시예에서 베어링 냉각부(370)는 상술한 실시예들과 달리 온도상승 방지를 위하여 단열재(372)를 통하여 단열시키는 점에서 상이하다.5 is a view illustrating a bearing cooling unit of a micro gas turbine having a bearing cooling unit according to a third embodiment of the present invention. The bearing
제1관(171)은 압축기(120)를 통과하여 연소기(130) 측으로 이동하는 압축 공기 중 일부가 유로(161) 측으로 이동하는 경로로서, 일단은 압축기(120)를 통과하여 연소기(130) 측으로 이동하는 이동경로 상에 위치하며, 타단은 유로(161)와 연통되도록 마련된다.The
단열재(372)는 제1관(171)을 따라 이동하는 압축 공기의 온도 상승을 방지하는 구성이다. 제1관(171)은 연소기(130)와 이웃하여 있으므로, 유로(161) 측으로 이동시 연소기(130)의 영향을 받아 온도가 상승될 수 있다. 다만, 본 실시예에서는 제1관(171)의 외면에 단열재(372)가 설치됨으로써, 연소기(130)에 의한 영향을 최소화하여 온도가 상승하는 것을 방지할 수 있다.
The
지금부터는 본 발명에 따른 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈의 작동에 대하여 설명한다.Hereinafter, the operation of the micro gas turbine including the bearing cooling unit according to the present invention will be described.
모터(미도시)를 구동하여 압축기(120)가 회전하면 압축기(120)로 유입된 외부 가스는 압축되어 고압의 가스가 된다. 이때 압축기(120)에서 압축된 가스의 온도는 약 200℃ 정도이다. 고압 가스는 일부는 유로(161)로 공급되며, 나머지는 고온·고압 공기가 되어 터빈(140)에 에너지를 전달하도록 연소기(130) 측으로 이동된다. 유로(161)에 공급된 압축공기는 고속으로 회전하는 샤프트(110)와 베어링(150) 사이에서 샤프트(110)를 띄움으로써, 베어링(150)이 샤프트(110)에 가해지는 하중을 지지하도록 한다.When the compressor (120) rotates by driving a motor (not shown), the external gas introduced into the compressor (120) is compressed to be a high pressure gas. At this time, the temperature of the gas compressed by the
연소기(130) 측으로 이동하는 공기 중 일부는 베어링 냉각부(170)의 제1관(171)으로 유입되며, 나머지는 연소기(130)로 공급되어 고온·고압 가스가 된다.A part of the air moving toward the
제1관(171)으로 유입된 고압 가스는 외부로부터 제2관(172,272)으로 공급된 외부공기와 혼합 또는 열교환을 통하여 냉각되거나, 단열재(372)를 통하여 온도 상승이 방지된 상태로 유로(161)로 공급된다. 유로(161)에 공급된 공기는 샤프트(110)를 뜨게 하여 하중을 지지한다. 또한, 압축공기가 냉각되므로 베어링(150)의 과열손상을 방지한다.The high pressure gas introduced into the
한편, 베어링 냉각부(170)는 샤프트(110)의 중간지점에 설치되어 압축기(120)와 터빈(140) 측으로 균일한 양이 각각 공급됨으로써, 샤프트(110)에 가해지는 추력 조절 및 균일한 냉각이 가능하다.The bearing
따라서, 본 발명에 의하면, 압축기를 통과한 고압 가스를 이용하여 샤프트에 장착되는 에어 베어링을 구동하되, 외부공기와 고압 가스의 혼합 또는 열교환 등을 통하여 고압 가스의 온도 상승을 방지함으로써 에어 베어링의 과열손상을 방지할 수 있는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈이 제공된다.
Therefore, according to the present invention, it is possible to drive an air bearing mounted on a shaft by using a high-pressure gas passed through a compressor, and prevent the temperature of the high-pressure gas from rising by mixing or exchanging heat between the outside air and the high- There is provided an ultra miniature gas turbine having a bearing cooling section capable of preventing damage.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be embodied in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.
100 : 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈
110 : 샤프트 120 : 압축기
130 : 연소기 140 : 터빈
150 : 베어링 160 : 베어링 하우징
161 : 유로 170 : 베어링 냉각부
171 : 제1관 172,272 : 제2관
372 : 단열재100: micro gas turbine with bearing cooling section
110: shaft 120: compressor
130: combustor 140: turbine
150: Bearing 160: Bearing housing
161: passage 170: bearing cooling section
171: first pipe 172,272: second pipe
372: Insulation
Claims (7)
상기 압축기로부터 고압 가스를 공급받아 고온 고압 가스를 발생시키는 연소기;
상기 샤프트에 장착되며, 상기 연소기에서 공급되는 고온 고압 가스로부터 에너지를 공급받아 동력을 발생시키는 터빈;
상기 샤프트에 장착되며, 상기 압축기로부터 발생되는 고압 가스를 이용하여 상기 샤프트에 가해지는 하중을 지지하는 베어링;
상기 샤프트를 감싸되 상기 샤프트와 소정간격 이격되어, 상기 고압 가스가 유동하는 유로를 형성하는 베어링 하우징; 및
상기 압축기로부터 발생되어 상기 연소기 측으로 이동하는 고압 가스 중 일부를 냉각시켜 상기 유로 측으로 공급하는 베어링 냉각부;를 포함하고,
상기 베어링 냉각부는,
상기 고압 가스가 유입되며 일단이 상기 유로와 연통되는 제1관; 외부공기가 유입되며, 상기 고압 가스와 상기 외부공기가 혼합되어 상기 유로 측으로 공급되도록, 상기 제1관을 감싸도록 배치되되 일영역이 상기 제1관과 연통되는 제2관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈.A compressor mounted on the shaft and generating a high-pressure gas by receiving gas from the outside;
A combustor for receiving a high-pressure gas from the compressor to generate a high-temperature high-pressure gas;
A turbine mounted on the shaft and generating power by receiving energy from a high temperature and high pressure gas supplied from the combustor;
A bearing mounted on the shaft and supporting a load applied to the shaft using a high-pressure gas generated from the compressor;
A bearing housing enclosing the shaft and spaced apart from the shaft by a predetermined distance to form a flow path through which the high-pressure gas flows; And
And a bearing cooling unit for cooling a part of the high pressure gas generated from the compressor and moving toward the combustor,
The bearing cooling unit includes:
A first pipe through which the high-pressure gas flows and whose one end communicates with the flow path; And a second pipe arranged to surround the first pipe so that the high pressure gas and the outside air are mixed with each other and supplied to the flow path side and one area communicates with the first pipe And a bearing cooling section which is formed of a bearing.
상기 압축기로부터 고압 가스를 공급받아 고온 고압 가스를 발생시키는 연소기;
상기 샤프트에 장착되며, 상기 연소기에서 공급되는 고온 고압 가스로부터 에너지를 공급받아 동력을 발생시키는 터빈;
상기 샤프트에 장착되며, 상기 압축기로부터 발생되는 고압 가스를 이용하여 상기 샤프트에 가해지는 하중을 지지하는 베어링;
상기 샤프트를 감싸되 상기 샤프트와 소정간격 이격되어, 상기 고압 가스가 유동하는 유로를 형성하는 베어링 하우징; 및
상기 압축기로부터 발생되어 상기 연소기 측으로 이동하는 고압 가스 중 일부를 냉각시켜 상기 유로 측으로 공급하는 베어링 냉각부;를 포함하고,
상기 베어링 냉각부는,
상기 고압 가스가 유입되며 일단이 상기 유로와 연통되는 제1관; 상기 고압 가스가 냉각되도록, 외부공기가 유입되며 상기 제1관을 감싸도록 배치되는 제2관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈.A compressor mounted on the shaft and generating a high-pressure gas by receiving gas from the outside;
A combustor for receiving a high-pressure gas from the compressor to generate a high-temperature high-pressure gas;
A turbine mounted on the shaft and generating power by receiving energy from a high temperature and high pressure gas supplied from the combustor;
A bearing mounted on the shaft and supporting a load applied to the shaft using a high-pressure gas generated from the compressor;
A bearing housing enclosing the shaft and spaced apart from the shaft by a predetermined distance to form a flow path through which the high-pressure gas flows; And
And a bearing cooling unit for cooling a part of the high pressure gas generated from the compressor and moving toward the combustor,
The bearing cooling unit includes:
A first pipe through which the high-pressure gas flows and whose one end communicates with the flow path; And a second pipe arranged to surround the first pipe and to receive external air to cool the high-pressure gas. ≪ Desc / Clms Page number 19 >
상기 압축기로부터 발생하는 고압 가스 중 일부는 상기 유로로 공급되고 나머지는 상기 연소기 측으로 이동하며, 상기 연소기 측으로 이동하는 상기 고압 가스 중 일부가 상기 베어링 냉각부로 공급되는 것을 특징으로 하는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein a part of the high-pressure gas generated from the compressor is supplied to the flow path and the remainder flows to the combustor side, and a part of the high-pressure gas moving to the combustor side is supplied to the bearing cooling section. Gas turbine.
상기 베어링 냉각부는 상기 샤프트의 길이방향의 절반 지점에 설치되는 것을 특징으로 하는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the bearing cooling portion is installed at a half point in the longitudinal direction of the shaft.
상기 베어링 냉각부는 상기 베어링 하우징을 관통하여 설치되는 것을 특징으로 하는 베어링 냉각부를 구비하는 초소형 가스터빈.The method according to claim 6,
And the bearing cooling part is installed through the bearing housing.
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