KR20140026460A

KR20140026460A - 기계적 보호 장치

Info

Publication number: KR20140026460A
Application number: KR1020137029351A
Authority: KR
Inventors: 올리비에 피에르 디스큐브스; 올리비에 베드리네; 이자벨 제르멘 클로드 라데베즈; 진-미쉘 피에르 클로드 피와이
Original assignee: 터보메카
Priority date: 2011-04-22
Filing date: 2012-04-12
Publication date: 2014-03-05
Also published as: JP5996632B2; KR101951059B1; EP2699819A1; CN103492748B; CA2833095C; RU2013152011A; CA2833095A1; FR2974400B1; JP2014518566A; US9206859B2; RU2580586C2; WO2012143656A1; CN103492748A; ES2648304T3; EP2699819B1; FR2974400A1; US20140045599A1; PL2699819T3

Abstract

본 발명은, 회전의 주축(X)과 비틀림 과부하 하에서 파쇄 요소(2)를 가진 전송 샤프트(1)을 포함하는 기계적 보호 장치의 분야에 관한 것으로, 특히 기계적 보호 장치는 주축(X)에 관하여 회전하도록 전송 샤프트(1)에 고정되고 제1 위치로부터 제2 위치로 주축(X)에 관하여 반경방향으로 바깥쪽으로 이동하기에 적합한 이동가능 부재(3); 제1 위치를 향해 이동가능 부재(3)를 가압하는 스프링(4); 및 이동가능 부재(3)가 제2 위치에 있을 때, 주축(X)에 관한 이동가능 부재(3)의 회전을 정지시키기에 적합한 접선 접합부(8)를 더 포함한다. 상기 이동가능 부재(3)와 스프링(4)은, 소정의 트리거 각속도로부터, 이동가능 부재(3)가 스프링(4)의 프리스트레스보다 큰 원심력의 영향 하에 제1 위치로부터 제2 위치로 이동하도록 조정된다.

Description

기계적 보호 장치 {MECHANICAL PROTECTION DEVICE}

본 발명은 기계적 보호 장치에 관한 것으로, 특히 과속(overspeed)에 대한 기계적 보호를 제공하기 위한 장치에 관한 것이다.

기계적 과부하에 대비하여 장치를 보호하기 위해, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 기계적인 전송 시스템의 요소가 이 시스템에서의 추가의 다운스트림(downstream, 하류)의 더 심각한 손상을 회피하기 위하여 과부하의 경우에 희생되는 보호 장치에 관해 오랫동안 알려져 왔다. 통상적으로, 이러한 장치는 과도한 힘 또는 토크에 대한 보호를 제공하는데 도움이 된다. 예를 들어, 미국 특허 제4,313,712호 및 제6,042,292호는 회전축의 과도한 반경방향 힘에 대비하여 기계적 보호를 제공하는 장치를 개시하고 있다. 그럼에도 불구하고, 이들 알려진 희생적인 장치는 과속에 대비하여 보호를 제공하고 있지 못하다는 단점을 갖는다. 많은 상황에서, 과속은 과도한 힘 또는 토크만큼의 손상 또는 그 이상의 손상으로 이어질 수 있다. 특히, 터빈 엔진과 같은 특정의 기계에서는, 예를 들어 과속은 기계가 파손될 때까지 속도가 점진적으로 증가되도록 하는 포지티브 피드백 현상(positive feedback phenomenon)을 일으킬 수 있다.

국제 특허 출원 WO 2008/101,876은 전송 샤프트의 소정의 회전 과속에 대응하는 벤딩(bending, 휨) 시에 공진 주파수를 갖는 전송 샤프트를 가지고 있는 기계적 보호 장치를 개시하고 있다. 그 장치에 있어서는, 전송 샤프트의 벤딩 시의 공진은 전송 샤프트에 의한 회전에서 전송되는 전력을 흡수하는 역할을 함으로써, 초과되는 과속을 방지한다. 그럼에도 불구하고, 그것은 이용가능한 전력이 제한되고 벤딩 시의 샤프트의 댐핑(damping, 감쇄)이 이용가능한 모든 전력을 소멸시키기에 충분한 경우에만 가능하다. 이용가능한 전력이 대향하는 토크(opposing torque, 반대 토크)와 더불어 증가할 위험이 있는 경우에는, 샤프트의 벤딩 공진은 그것을 극복하기에 충분하지 않다.

본 발명은, 장치가 과속에 대한 효과적인 보호를 기계 어셈블리에 제공하기에 적합한 비틀림 과부하(torsional overload) 하에 부서질 수 있는 요소로 전송 샤프트를 포함하는 기계적인 보호 장치를 제공하고자 한다.

적어도 하나의 실시예에 있어서, 이러한 목적은 장치가 주축에 관하여 회전하도록 전송 샤프트에 고정되고 제1 위치로부터 제2 위치로 주축에 관하여 반경방향으로 바깥쪽으로 이동하기에 적합한 적어도 하나의 이동가능 부재, 제1 위치를 향해 이동가능 부재를 가압(urging)하는 스프링, 및 이동가능 부재가 제2 위치에 있을 때 주축에 관한 이동가능 부재의 회전을 정지시키기에 적합한 접선 접합부(tangential abutment)를 구비한다는 사실에 의해 달성된다. 이동가능 부재와 스프링은, 소정의 트리거 각속도로부터, 이동가능 부재가 스프링의 프리스트레스(prestress, 초기 응력)보다 큰 원심력의 영향 하에 제1 위치로부터 제2 위치로 이동하도록 조정된다.

따라서, 장치는 두 가지 원리: 원심 효과와 스프링의 프리스트레스를 이용하는 것에 기초하여 임계 속도가 초과된 것을 감지하는 원리, 및 속도 임계값이 초과되었음을 감지하는 것에 의한 트리거링의 결과로서 부서질 수 있는 부분(frangible section, 파쇄 부분)을 파괴하는 것에 기초하여 장치를 정지시키는 원리로 동작한다. 이들 구성에 의해, 기계적 샤프트에 의한 전력의 전송이 과속의 경우에 효과적으로 차단될 수 있고, 이로써 기계적 어셈블리에서의 더 심한 손상을 회피할 수 있다. 접선 접합부에 대한 이동가능 부재의 충격(impact)은 전송 샤프트가 정지하도록 하고 전송 샤프트의 파쇄 부분을 즉시 파괴하도록 하는데, 이것은 충격 전의 전송 샤프트에 의해 전송되는 토크와 완전히 별개이다. 스프링의 프리스트레스는 속도 임계값에 도달하지 않는 한은 이동가능 부재가 반경방향으로 이동되는 것을 회피하고, 그에 따라 마모(wear)를 제한하는 이점을 제공한다.

접선 접합부는 특히 고정 접합부로 될 수 있다. 이동가능 부재는 피보팅(pivoting)하기에 적합할 수 있고, 그렇지 않으면 예를 들어 반경방향 가이드(radial guide)로 슬라이딩함으로써 천이의 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키기에 적합할 수 있다.

본 발명은 또한 구동 샤프트, 공급 펌프, 특히 연료 공급 펌프, 및 본 발명의 기계적 보호 장치를 포함하되, 전송 샤프트가 공급 펌프를 작동시키기 위해 구동 샤프트를 공급 펌프에 연결하는 기계를 제공한다. 따라서, 구동 샤프트 과속의 경우의 전송 샤프트의 파손이 공급 펌프의 작동을 중단시키고, 그에 따라 기계를 정지시키는 효과를 가진다.

추가적인 관점에서는, 상기 구동 샤프트는 공급 펌프에 의해 전달되는 연료의 연소에 의해 가열되는 유체의 팽창에 의해 작동되도록 구성된 터빈에 결합되어 있다. 따라서, 터빈의 과속, 구동 샤프트의 과속 및 전송 샤프트의 과속의 경우에, 전송 샤프트의 파괴가 기계로의 연료의 공급을 중단시키고, 그에 따라 터빈을 정지시키게 된다. 연소는 내부 또는 외부 연소일 수 있다. 따라서, 터빈은 연료의 연소로 인한 가스에 의해 직접 작동되는 가스 터빈, 또는 연료의 연소에 의해 간접적으로 가열되는 유체에 의해 작동되는 증기 터빈일 수 있다.

또한, 본 발명은 본 발명의 기계를 포함하는 운송 수단(vehicle), 특히 항공기를 제공한다. 예를 들어, 기계는 회전 날개 항공기의 터보 샤프트 엔진일 수 있다.

또한, 본 발명은 기계적인 보호를 보호하는 방법을 제공하는데, 이 방법은 적어도 하나의 구현에서 다음의 단계:

전송 샤프트의 특정 각속도에서, 제1 위치로부터, 원심력의 영향 하에 원심력에 대항하는 방향으로 이동가능 부재를 가압하는 스프링으로부터의 탄성적인 프리스트레스에 대항하여 전송 샤프트에 관하여 반경방향으로 더 멀리 떨어져 있는 제2 위치로, 전송 샤프트와 더불어 회전하는 이동가능 부재의 이동을 트리거하는 단계;

제2 위치에서, 회전하는 이동가능 부재가 접선 접합부에 대한 접촉을 만들도록 하는 단계; 및

접선 접합부에 대한 접촉을 만드는 이동가능 부재에 의해 야기되는 비틀림 과부하 하에서 전송 샤프트의 부서질 수 있는 요소(frangible element, 파쇄 요소)를 파괴하는 단계

를 포함한다.

본 발명은 잘 이해될 수 있고, 그 이점은 비제한적인 예에 의해 주어진 실시예의 다음의 상세한 설명을 읽을 때에 잘 나타난다. 그 설명은 첨부도면을 참조한다:
도 1a는 제1 실시예에서의 기계적 보호 장치의 길이방향 단면도이다;
도 1b 및 도 1c는 이동가능 부재의 2개의 다른 위치에서 도 1a의 장치의 단면도이다;
도 2는 제2 실시예에서의 기계적 보호 장치의 길이방향 단면도이다;
도 3a는 제3 실시예에서의 기계적 보호 장치의 길이방향 단면도이다;
도 3b는 제2 위치에서 이동가능 부재를 가진 도 3a의 장치의 상세도이다;
도 4a는 도 1a 내지 도 1c의 기계적 보호 장치를 포함하는 터보샤프트 엔진을 설명하는 다이어그램이다;
도 4b는 기계적 보호 장치의 전송 샤프트가 파괴된 경우의 도 4a의 터빈 엔진의 다이어그램이다.

제1 실시예의 기계적 보호 장치가 도 1a 및 도 1b에 나타내어져 있다. 이 장치는 전송 샤프트를 구동수단(도시하지 않음)에 결합하기 위한 제1 전송부재(1a), 전송 샤프트(1)를 구동해야 할 장치에 결합하기 위한 제2 전송부재(1b), 파쇄 요소(2)를 형성하는 축소 부분(reduced section), 및 반경방향으로 이동가능하게 남아있는 동안 전송 샤프트(1)와 함께 회전하는 것을 제약하는 방식으로 전송 샤프트(1)에 통합된 반경방향 가이드(9)에 수용되는 이동가능 부재(3)를 구비한다. 프리스트레스 스프링(4)은 전송 샤프트(1)의 회전의 축(X)을 향하여 내부 반경방향 접합부(5)에 대해 이동가능 부재(3)의 기단부(proximal end; 3a)를 프레스하고, 반면에 반경방향 개구부(6)는 이동가능 부재의 말단부(distal end; 3b)가 바깥쪽으로 통과하도록 한다. 특히 도 1b에 나타낸 바와 같이, 고정 플레이트(stationary plate; 7)는 이동가능 부재(3)의 축방향 위치에서 전송 샤프트(1) 주위에 설치된다. 도 1b에 나타낸 실시예에서는, 이 고정 플레이트(7)는 축(X)에 관한 이동가능 부재(3)의 말단부(3b)의 회전에 접선 방향으로 접합부(8)를 포함하고 있다.

동작 시에, 전송 샤프트(1)의 회전은 이동가능 부재(3)의 중력의 중심(CG)의 반경방향 위치(r) 및 전송 샤프트(1)의 각속도(ω)의 제곱에 의해 곱해지는 이동가능 부재(3)의 질량(m)의 곱(product)과 동일한 원심력(Fc)을 유발한다. 도 1a에 나타낸 바와 같은 이동가능 부재(3)의 초기 반경방향 위치에서는, 내부 접합부(5)와 접촉하고 있는 기단부(3a)에 의해, 그리고 제1 반경방향 위치(r1)에서의 이동가능 부재(3)의 중력의 중심(CG)에 의해, 스프링(4)은 회전의 축(X)을 향하여 반경방향으로 탄성적인 프리스트레스(F1)를 가한다. 따라서, 원심력(Fc)이 대항하는 프리스트레스(F1)를 초과하지 않는 한은, 이동가능 부재(3)의 기단부(3a)는 내부 반경방향 접합부(5)에 대해 프레스된 채로 되어 있고, 이동가능 부재(3)의 중력의 중심(CG)은 제1 반경방향 위치(r1)에 남아 있다. 그럼에도 불구하고, 각속도(ω1)로부터, 원심력(Fc)은 프리스트레스(F1)보다 더 커져서 이동가능 부재(3)가 바깥쪽으로 이동하도록 한다. 후크(Hooke)의 법칙의 응용에서는, 탄성적인 힘(Fe)은 다음 식에 의해 근사화될 수 있다:

여기서, k는 스프링(4)의 강성 계수(stiffness coefficient)이다.

그 부분에 대해서, 원심력은 다음 식을 만족시킨다:

여기서,

m은 이동가능 부재(3)의 질량이고, ω는 전송 샤프트의 각속도이며, r은 회전의 축(X)으로부터 이동가능 부재(3)의 중력의 중심의 반경방향 거리이다.

따라서, 기계적 보호 장치를 트리거하기 위한 각속도(ω1)는 다음 식을 이용하여 조정될 수 있다:

보호 장치가 트리거되는 결과로서 이동가능 부재(3)의 바깥쪽으로의 반경방향 가속도를 얻기 위하여, 강성 계수(k)는 초기 반경방향 위치(r1)에 의해 나누어지는 프리스트레스(F1)의 몫(quotient)보다 작아야 한다:

따라서, 트리거 각속도(ω1)에서는, 이동가능 부재에 가해지는 원심력은 스프링 프리스트레스(F1)를 초과하고, 이동가능 부재(3)의 바깥쪽으로의 반경방향 이동 중에 스프링의 반응보다 더 빠르게 증가한다.

기계적 보호 장치의 트리거링(triggering)을 시기적으로 부적절하게 회피하기 위하여, 이것이 진동 또는 다른 외부 가속도에 의해 트리거될 수 없는 그러한 방식으로 치수를 조정하는 것도 적합하다. 이 목적을 위해, 반경방향 거리(r1)는 다음 식을 만족시킬 수 있다:

여기서, γ는 소정의 외부 가속도를 나타내고, Κ는 안전 계수를 나타내며, ωn은 트리거 각속도보다 작은 전송 샤프트의 공칭 각속도(nominal angular speed)를 나타낸다.

따라서, 이동가능 부재(3)의 질량(m)과 초기 위치(r1), 및 스프링(4)의 강성 계수(k)와 프리스트레스(F1)는, 소정의 과속(△ω)만큼 전송 샤프트(1)의 공칭 각속도(ωn)를 초과하는 임계 속도(ω1)에서 보호 장치를 트리거하기 위하여 이들 식에 기초하여 조정될 수 있다. 그러한 트리거링 후에, 이동가능 부재(3)는 제1 위치보다 반경방향으로 더 멀리 위치된 제2 위치를 향하여 이동한다.

이동가능 부재(3)가 제2 위치로 이동한 후에, 전송 샤프트(1)는 도 1c에 나타낸 바와 같이 회전하는 이동가능 부재(3)의 말단부(3b)가 고정 주변 요소(7)의 접선 접합부(8)와 충돌(strike)하기 전에 기껏해야 한번 완전한 회전(turn)을 수행할 수 있다. 접선 접합부(8)에 대한 이동가능 부재(3)의 말단부(3b)의 충격은 전송 샤프트(1)의 회전을 급작스럽게 정지시키고, 그에 따라 전송 샤프트(1)에 순간적인 비틀림 과부하(torsional overload)를 발생시켜 제1 결합 부재(1a)와 이동가능 부재(3) 사이에 축방향으로 위치된 파쇄 요소(2)를 파괴시킨다. 따라서, 전송 샤프트(1)는 초과 힘 또는 토크에 대해서 뿐만 아니라 초과 속도(△ω)에 대해서도 희생적인 기계 보호 장치로서 작용한다.

도 2에 나타낸 제2 실시예에 있어서는, 파쇄 요소(2)가 전송 샤프트(1)의 축소 부분에 의해 형성되지 않으나, 전단(剪斷)에서 부서질 수 있으면서 전송 샤프트(1)의 2개의 분리된 세그먼트(1a, 1b)를 함께 접속하는 핀(1)에 의해 형성된다. 이 제2 실시예에 있어서 기계적 보호 장치의 다른 요소는, 제1 실시예의 것들과 실질적으로 기능적으로 동일하고, 그들은 동일한 참조번호로 주어진다.

동력 전송 샤프트(1)에 통합된 반경방향 가이드(9)에서 미끄러짐으로써 반경방향으로 이동하도록 하기 위해 이들 제1 및 제2 실시예에 원심력이 사용되지만, 대체물을 예상하는 것이 가능하다. 따라서, 도 3a 및 도 3b에 나타내어지고 피봇하는 플라이웨이트(flyweight)를 가진 와트 조정기(Watt regulator)와 동일한 형태로 된 제3 실시예에 있어서는, 기계적 보호 장치가 각각 전송 샤프트(1)에 관하여 길이방향 평면(longitudinal plane)에서 피봇하도록 탑재(mount)된 2개의 이동가능 부재(3)를 가지고 있다. 2개의 이동가능 부재(3)는 제1 세그먼트 상에 기단부(3a), 제2 세그먼트 상에 말단부(3b) 및 제1 및 제2 세그먼트 사이의 실질적으로 직각을 이룬 코너에 피봇(P)을 각각 가지고서 L자 형상으로 되어 있다. 따라서, 도 3a에 나타낸 제1 위치에서는, 각각의 이동가능 부재의 제1 세그먼트는 실질적으로 반경방향으로 배향되어 있고, 그 제2 세그먼트는 실질적으로 길이방향으로 배향되어 있는바, 그에 따라 스프링(4)이 전송 샤프트(1) 내에서 길이방향으로 배열되는 것을 가능하게 한다. 스프링(4)은, 이 제1 위치에서, 전송 샤프트(1)의 회전의 축(X)을 향하여 그리고 내부 반경방향 접합부(5)에 대해 각각의 이동가능 부재(3)의 말단부(3b)의 내부 표면을 프레스하도록 프리스트레스된다.

동작 시에, 이 제3 실시예에서의 전송 샤프트(1)의 회전은 이동가능 부재(3)의 중력의 중심(CG)의 반경방향 위치(r) 및 전송 샤프트(1)의 각속도(ω)의 제곱에 의해 곱해지는 이동가능 부재(3)의 질량(m)의 곱(product)과 동일한 원심력(Fc)을 각각의 이동가능 부재(3)에 유발한다. 이 원심력(Fc)은 피봇(P)으로부터 중력의 중심(CG)의 길이방향 거리(L)에 의해 곱해지는 원심력의 곱과 같은 피봇 토크(Mc)를 유발한다. 이동가능 부재(3)가 도 3a에 나타낸 바와 같은 초기 위치에 있을 때, 내부 접합부(5)와 접촉하고 있는 기단부(3a)에 의해, 그리고 제1 반경방향 위치(r1)에서의 이동가능 부재(3)의 중력의 중심(CG)에 의해, 스프링(4)은 2개의 이층에 대해 회전의 축(X)의 방향을 따라 탄성적인 프리스트레스(F1)를 가한다. 이 탄성적인 프리스트레스(F1)는 각 이동가능 부재(3)에 대해 원심 피봇 토크(Mc)에 반대되는 피봇 토크(M1)를 유발한다.

따라서, 원심 피봇 토크(Mc)가 프리스트레스(F1)에 의해 발생되는 반대되는 피봇 토크(M1)를 초과하지 않는 한은, 이동가능 부재(3)의 말단부(3b)는 내부 반경방향 접합부(5)에 대해 프레스된 채로 되어 있고, 이동가능 부재(3)이 중력의 중심(CG)은 제1 반경방향 위치(r1)에 남아 있다. 그럼에도 불구하고, 각속도(ω1)로부터, 원심 토크(Mc)는 프리스트레스 토크(F1)보다 더 커져서 이동가능 부재(3)가 바깥쪽으로 이동하도록 한다. 후크(Hooke)의 법칙의 응용에서는, 2개의 이동가능 부재(3)에 스프링(4)에 의해 가해지는 탄성적인 힘(Fe)은 다음 식에 의해 근사화될 수 있다:

여기서, k는 스프링(4)의 강성 계수(stiffness coefficient)이고, x는 스프링(4)이 도 3a에 나타낸 초기 위치로부터 압축된 거리이다.

그 부분에 대해서, 각 이동가능 부재(3)에 가해지는 원심력은 다음 식을 만족시킨다:

여기서, m은 각 이동가능 부재(3)의 질량이고, ω는 전송 샤프트의 각속도이며, r은 회전의 축(X)으로부터 각 이동가능 부재(3)의 중력의 중심의 반경방향 거리이다.

이동가능 부재(3)가 실질적으로 동일하고, 그들의 스프링(4)과의 접촉점이 피봇(P)으로부터 반경방향 거리(ℓ)에 있으면, 기계적 보호 장치를 트리거하기 위한 각속도(ω1)는 다음 식을 이용하여 조정될 수 있다:

여기서, N은 이동가능 부재(3)이 수를 나타낸다(도시된 실시예에서는, N=2).

보호 장치가 트리거되는 결과로서 이동가능 부재(3)의 바깥쪽으로의 반경방향 가속도를 얻기 위하여, 강성 계수(k)는 초기 반경방향 위치(r1)에 의해 나뉘어지는 프리스트레스(F1)의 몫(quotient)보다 작아야 한다:

제1 및 제2 실시예에서와 마찬가지로, 기계적 보호 장치의 트리거링(triggering)을 시기적으로 부적절하게 회피하기 위하여, 반경방향 거리(r1)는 다음 식을 만족시킬 수 있다:

따라서, 이 제3 실시예에 있어서 이동가능 부재(3) 및 스프링(4)은 소정의 과속(△ω)만큼 전송 샤프트(1)의 공칭 각속도(ωn)를 초과하는 임계 속도(ω1)에서 보호 장치를 트리거하기 위하여 이들 식에 기초하여 조정될 수 있다. 그러한 트리거링 후에, 이동가능 부재(3)는 제1 위치보다 반경방향으로 더 멀리 위치되고 도 3b에 나타낸 제2 위치를 향하여 이동한다.

이동가능 부재(3)가 제2 위치로 이동한 후에, 전송 샤프트(1)는 주축(X)에 관하여 회전하는 2개의 이동가능 부재(3) 중의 하나의 말단부(3b)가 접선 접합부(8)에 대해 충돌하기 전에 기껏해야 반 회전(turn)을 수행할 수 있다. 접선 접합부(8)에 대한 이동가능 부재(3)의 말단부(3b)의 충격은 전송 샤프트(1)에 순간적인 비틀림 과부하를 유발하고, 그에 따라 제1 결합 부재(1a)와 이동가능 부재(3) 사이에 축방향으로 위치된 파쇄 요소(2)를 파괴시킨다.

제1의 바람직한 실시예의 임의의 하나에 따른 기계적 보호 장치의 예시적인 응용이 도 4a에 나타내어져 있다. 이 예에서는, 상기의 도면에 나타낸 것들 중의 하나와 같은 장치가 과속(△ω)에 대해 터보샤프트 엔진(10)을 보호하기 위해 사용된다. 터보샤프트 엔진(10)은, 공급 펌프(15)에 의해 연료가 공급되는 연소 챔버(combustion chamber; 14)와 함께, 구동 샤프트(13)에 의해 서로 연결되어 있는 압축기(compressor; 11) 및 터빈(12)을 구비하고 있다. 압축기(11)에 의해 압축된 공기는 연소 챔버(14)로 전달되고, 터빈(12)에서의 뜨거운 연소 가스의 팽창은 압축기(11)를 작동시키는데 필요한 전력과 비교해서 큰 표면 전력으로 구동 샤프트(13)를 작동시키는 역할을 한다. 따라서, 구동 샤프트(13)는 예를 들어 헬리콥터의 회전자와 같은 것들을 구동시키기 위해 다른 기계 장치에 연결될 수 있다.

도시된 터보샤프트 엔진(10)에 있어서, 전송 샤프트(1)는 액세서리 기어박스(AGB)를 매개로 구동 샤프트(13)에 결합된다. 전송 샤프트(1)도 또한 이것을 구동시키기 위해 공급 펌프(15)에 결합된다. 이와 같이 해서, 동작 시에 전력은 연료를 연소 챔버(14)로 공급하기 위해 전송 샤프트(1)를 매개로 구동 샤프트(13)로부터 취출된다.

구동 샤프트(13)의 소정의 과속에 도달하면, 전송 샤프트(1)는 임계 속도(ω1)에 도달하고, 파쇄 요소(2)에서 파괴된다. 따라서, 도 4b에 나타낸 바와 같이 공급 펌프(15)의 작동이 중단되고, 연소 챔버(14)로의 연료의 공급이 정지된다. 더 이상 연료가 공급되지 않기 때문에, 터보샤프트 엔진(10)은 구동 샤프트(13)를 작동시키기 위한 전력을 생산하는 것을 중단하고, 그에 따라 구동 샤프트(13)의 런 어웨이(run away; 폭주)가 방지된다.

본 발명은 특정한 실시예를 참조하여 상세히 설명했지만, 다양한 변형 및 변경이 특허청구범위에 의해 정의된 바와 같은 발명의 일반적인 범위를 벗어나지 않고 그들 실시예에 적용될 수 있음은 명백하다. 특히, 도시된 각종 실시예의 개별적인 특징들은 추가적인 실시예를 산출하기 위해 결합될 수도 있다. 따라서, 설명 및 도면은 오히려 제한하기 위한 것이라기보다 설명하기 위한 것으로 간주되어야 한다.

Claims

비틀림 과부하 하에서 파괴될 수 있는 파쇄 요소(2, 2')를 가진 전송 샤프트(1)를 포함하는 기계적 보호 장치로서,
이 장치가 적어도
주축(X)에 관하여 회전하도록 전송 샤프트(1)에 고정되고 제1 위치로부터 제2 위치로 주축(X)에 관하여 반경방향으로 바깥쪽으로 이동하기에 적합한 이동가능 부재(3);
제1 위치를 향해 이동가능 부재(3)를 가압하는 스프링(4); 및
이동가능 부재(3)가 제2 위치에 있을 때, 주축(X)에 관한 이동가능 부재(3)의 회전을 정지시키기에 적합한 접선 접합부(8)를 더 포함하되,
상기 이동가능 부재(3)와 스프링(4)은, 소정의 트리거 각속도로부터, 이동가능 부재(3)가 스프링(4)의 프리스트레스보다 큰 원심력의 영향 하에 제1 위치로부터 제2 위치로 이동하도록 조정되는 것을 특징으로 하는 기계적 보호 장치.
제1항에 있어서, 상기 이동가능 부재(3)는 천이 시에 제1 위치로부터 제2 위치로 이동하기에 적합한 것을 특징으로 하는 기계적 보호 장치.
제1항에 있어서, 상기 이동가능 부재(3)는 피봇할 때에 제1 위치로부터 제2 위치로 이동하기에 적합한 것을 특징으로 하는 기계적 보호 장치.
구동 샤프트(13), 공급 펌프(15), 및 제1항에 따른 기계적 보호 장치를 포함하는 기계로서,
상기 전송 샤프트(1)가 상기 공급 펌프(15)를 작동시키기 위해 구동 샤프트(13)를 공급 펌프(15)에 연결하는 것을 특징으로 하는 기계.
제4항에 있어서, 상기 공급 펌프(15)가 연료 공급 펌프인 것을 특징으로 하는 기계.
제5항에 있어서, 상기 구동 샤프트(13)는 상기 연료의 연소에 의해 가열되는 유체의 팽창에 의해 작동되도록 구성된 터빈(12)에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 기계.
다음의 단계를 구비하는 기계적 보호 방법으로서,
전송 샤프트(1)의 특정 각속도에서, 제1 위치로부터, 원심력의 영향 하에 원심력에 대항하는 방향으로 이동가능 부재(3)를 가압하는 스프링(4)으로부터의 탄성적인 프리스트레스에 대항하여 전송 샤프트(1)에 관하여 반경방향으로 더 멀리 떨어져 있는 제2 위치로, 전송 샤프트(1)와 더불어 회전하는 이동가능 부재(3)의 이동을 트리거하는 단계;
제2 위치에서, 회전하는 이동가능 부재(3)가 접선 접합부(8)에 대한 접촉을 만들도록 하는 단계; 및
접선 접합부(8)에 대한 접촉을 만드는 이동가능 부재(3)에 의해 야기되는 비틀림 과부하 하에서 전송 샤프트(1)의 파쇄 요소(2, 2')를 파괴하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기계적 보호 방법.
제7항에 있어서, 상기 전송 샤프트(1)는 구동 샤프트(13)로부터 공급 펌프(15)로 회전을 전송하는 것을 특징으로 하는 기계적 보호 방법.
제8항에 있어서, 상기 공급 펌프(15)는 상기 구동 샤프트(13)가 회전하도록 하기에 적합한 열 에너지를 전달하는 연소를 위해 연료를 공급하는 것을 특징으로 하는 기계적 보호 방법.
제9항에 있어서, 상기 구동 샤프트(13)는 터빈(12)에 의해 작동되고, 터빈(12)은 상기 연소에 의해 가열되는 유체의 팽창에 의해 교대로 작동되는 것을 특징으로 하는 기계적 보호 방법.