가스터빈엔진의 시동토크 측정장치

가스터빈엔진의 시동토크 측정장치{TORQUE MEASURING DEVICE FOR GASTURBINE ENGINES}

본 발명은 가스터빈엔진의 시동토크 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가스터빈엔진의 움직임이나 고속의 회전에서 에어터빈시동기가 상기 가스터빈엔진으로 공급하는 토크(Torque)를 정확하게 측정하기 위하여 상기 에어터빈시동기와 상기 가스터빈엔진사이에 장착하여 사용할 수 있도록 구성한 가스터빈엔진의 시동토크 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로, 가스터빈엔진의 시동시험은 규정된 토크에서 엔진의 시동시간이 만족스러운지 여부를 측정하는 시험으로써, 시동기로부터 엔진에 공급되는 시동기의 토크 측정은 매우 중요하다 할 수 있다.

특히, 에어터빈시동기(ATS : Air Turbine Starter)를 적용 시에는 고도 등 엔진의 운용조건에 따라 시동기에서 발생하는 토크가 달라지므로 시험 시 토크의 측정은 필수적인 요소라 할 것이다.

또한, 일반 자동차용 엔진과는 달리 가스터빈엔진의 회전수는 수만 RPM에 달하므로 고속시동토크 측정장치가 필요하며, 엔진의 시동시 엔진의 떨림 등이 그대로 전달되므로 측정장치는 엔진의 떨림을 전달받지 않도록 설치되어야 한다.

또한, 시동기의 토크를 정확히 측정하여야 하므로 상기 가스터빈엔진과 시동기 사이에는 동력손실이 없도록 구성하여야 한다.

이에 따라, 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진과 에어터빈시동기(ATS) 사이에 토크미터를 설치하고, 상기 토크미터의 회전축과 상기 엔진 및 상기 에어터빈시동기 사이를 샤프트를 이용하여 연결하였다.

또한, 축의 정렬을 위하여 상기 토크미터의 회전축과 상기 샤프트는 플렉시블 커플링으로 연결하였으며, 플렉시블 커플링으로 인하여 축이 지지되지 않으므로 상기 샤프트의 외주면에는 베어링을 설치하여 축을 지지하고, 미도시 하였으나 상기 베어링은 별도의 지지수단을 이용하여 고정시킴으로써, 상기 에어터빈시동기의 회전력을 지지하면서 동력손실을 최소화하여 전달하고자 하였다.

그러나, 종래와 같은 구조에서는 시동시 엔진의 움직임으로 인하여 플렉시블 커플링의 훼손이 많았으며 플렉시블 커플링의 단가가 높아 제작비용이 늘어나고, 상기 가스터빈엔진 시동시 베어링을 지지하기 위한 지지수단의 떨림 및 베어링 자체의 마찰력에 의한 손실로 인하여 토크 측정에 오차를 발생시킨다는 문제점이 지적되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 가스터빈엔진과 에어터빈시동기 사이에 토크 측정장치를 다이렉트로 연결하고, 베어링 및 이를 지지하기 위한 지지수단의 구조를 생략하여 가스터빈엔진과 에어터빈시동기 사이의 동력손실이 없도록 구성함으로써 정확한 토크 측정이 가능한 가스터빈엔진의 시동토크 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상술한 바와 같이 베어링 및 상기 베어링을 지지하기 위한 지지수단의 구조를 생략함으로써 구성을 간소화함은 물론 엔진의 떨림 등의 전달로 인한 측정오차를 방지하였으며, 값비싼 플렉시블 커플링을 대체하여 파워락 커플링을 사용함으로써 제작비를 절감시킨 가스터빈엔진의 시동토크 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 가스터빈엔진의 시동토크 측정장치는, 가스터빈엔진의 회전축과 축결합된 제1샤프트; 에어터빈시동기의 회전축과 축결합된 제2샤프트; 상기 제1샤프트와 연결되는 제1회전축 및 상기 제2샤프트와 연결되되, 상기 제1회전축과 연동되어 회전하는 제2회전축이 구비된 토크측정기; 상기 에어터빈시동기의 회전시 상기 제1샤프트, 상기 제2샤프트, 상기 제1회전축 및 상기 제2회전축이 상기 에어터빈시동기의 회전축과 동축선(同軸線)상에 위치되어, 상기 에어터빈시동기의 회전축과 연동되어 회전하도록 결합시키는 파워락 커플링; 및 상기 제1샤프트, 상기 제2샤프트, 상기 토크측정기 및 상기 파워락 커플링이 내설되며, 상기 가스터빈엔진과 상기 에어터빈시동기에 결합되는 어댑터;를 포함하여 이루어짐으로써 달성된다.

이때,상기 제1샤프트는 일측에 기어가 형성되어 상기 가스터빈엔진의 회전축에 축결합되고, 타측이 상기 파워락 커플링에 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2샤프트는 일측이 상기 파워락 커플링에 결합되고, 타측에 기어가 형성되어 상기 에어터빈시동기에 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 파워락 커플링은 상기 제1샤프트의 타측과 상기 제1회전축의 일측이 내설되는 제1몸체; 상기 제2회전축의 타측과 상기 제2샤프트의 일측이 내설되는 제2몸체; 및 상기 제1몸체와 상기 제2몸체에 결합되며, 상기 제1샤프트, 상기 제1회전축, 상기 제2샤프트 및 상기 제2회전축을 고정시키는 결합고정수단;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 어댑터는 상기 가스터빈엔진의 몸체에 일측이 결합되며, 상기 제1샤프트, 상기 파워락 커플링 및 상기 토크측정기가 내설되는 엔진 어댑터; 및 상기 엔진 어댑터의 타측에 일측이 결합되고 상기 에어터빈시동기의 몸체에 타측이 결합되며, 상기 제2샤프트, 상기 파워락 커플링 및 상기 토크측정기의 타측이 내설되는 에어터빈시동기 어댑터;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이상에서 상술한 본 발명에 따르면, 가스터빈엔진과 에어터빈시동기 사이에 측정장치를 별도의 지지구조물 없이 다이렉트로 연결하고 베어링 및 이를 지지하기 위한 지지수단의 구조를 생략함으로써 상기 가스터빈엔진과 상기 에어터빈시동기 사이의 동력손실을 차단함은 물론, 정확한 토크 측정이 가능하며, 값비싼 플렉시블 커플링을 대체하여 파워락 커플링을 사용함으로써 제작비용을 절감시킬 수 있고, 종래에 비하여 구성을 간소화시킬 수 있다.

도 1은 종래의 가스터빈엔진의 시동토크 측정장치의 개략적인 개념도이고,
도 2는 본 발명에 따른 가스터빈엔진의 시동토크 측정장치의 일실시예에 의한 구성단면도이며,
도 3은 본 발명에 따른 가스터빈엔진의 시동토크 측정장치의 일실시예에 의한 구성도이고,
도 4는 본 발명에 따른 가스터빈엔진의 시동토크 측정장치의 일실시예에 의한 제1샤프트를 나타낸 도면이며,
도 5는 본 발명에 따른 가스터빈엔진의 시동토크 측정장치의 일실시예에 의한 제2샤프트를 나타낸 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 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 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 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 출원에서, "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.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명을 설명하기에 앞서, 본 명세서 상에는 도 2를 기준으로 어떠한 대상 물체 각각의 좌측을 일측이라 하고, 우측을 타측이라 통일하도록 한다.

먼저, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 가스터빈엔진의 회전축과 축결합된 제1샤프트(100); 에어터빈시동기의 회전축과 축결합된 제2샤프트(200); 상기 제1샤프트(100)와 연결되는 제1회전축(310) 및 상기 제2샤프트(200)와 연결되되, 상기 제1회전축(310)과 연동되어 회전하는 제2회전축(320)이 구비된 토크측정기(300); 상기 에어터빈시동기의 회전시 상기 제1샤프트(100), 상기 제2샤프트(200), 상기 제1회전축(310) 및 상기 제2회전축(320)이 상기 에어터빈시동기의 회전축과 동축선(同軸線) 상에 위치되어, 상기 에어터빈시동기의 회전축과 연동되어 회전하도록 결합시키는 파워락 커플링(400); 및 상기 제1샤프트(100), 상기 제2샤프트(200), 상기 토크측정기(300) 및 상기 파워락 커플링(400)이 내설되며, 상기 가스터빈엔진과 상기 에어터빈시동기에 결합되는 어댑터(500);를 포함하여 이루어진다.

상기 제1샤프트(100)는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 일측 외주연에 평기어인 외기어가 형성되어 상기 가스터빈엔진의 회전축의 타측에 형성된 평기어인 내기어에 축결합되고, 상기 제1샤프트(100)의 타측은 상기 파워락 커플링(400)의 일측에 내설되어 결합된다.

또한, 상기 제2샤프트(200)는 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 일측이 상기 파워락 커플링(400)의 타측에 내설되어 결합되고, 타측에는 평기어인 내기어가 형성되어 상기 에어터빈시동기의 일측에 형성된 평기어인 외기어에 결합된다.

상기 토크측정기(300)의 상기 제1회전축(310) 및 상기 제2회전축(320)은 하나의 몸체로 이루어지거나, 동일 축선을 갖는 복수 개의 몸체로 이루어질 수 있으며, 상기 토크측정기(300)는 이미 공지된 기술이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 하며, 도 2는 단면처리를 나타낸 도면이나, 상기 토크측정기(300)는 단면처리 없이 도시하였다.

한편, 상기 파워락 커플링(400)은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1샤프트(100)의 타측과 상기 제1회전축(310)의 일측이 내설되는 제1몸체(410); 상기 제2회전축(320)의 타측과 상기 제2샤프트(200)의 일측이 내설되는 제2몸체(420); 및 상기 제1몸체(410)와 상기 제2몸체(420)에 결합되며, 상기 제1샤프트(100), 상기 제1회전축(310), 상기 제2샤프트(200) 및 상기 제2회전축(320)을 고정시키는 결합고정수단(430);을 포함하여 이루어진다.

상기 제1몸체(410) 및 상기 제2몸체(420)는 길이 방향으로 통공되거나, 각각 양측으로 내설홈을 구비할 수 있으며, 상기 제1몸체(410)에 내설되는 상기 제1샤프트(100) 및 상기 제1회전축(310) 및 상기 제2몸체(420)에 내설되는 상기 제2샤프트(200) 및 상기 제2회전축(320)은 상기 에어터빈시동기의 회전축과 동일 축선 상에 위치되도록 결합되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 제1샤프트(100), 상기 제2샤프트(200), 상기 제1회전축(310) 및 상기 제2회전축(320)이 내설되는 상기 제1몸체(410) 및 상기 제2몸체(420)의 내설홈 또는 내설홀은 상기 제1샤프트(100), 상기 제2샤프트(200), 상기 제1회전축(310) 및 상기 제2회전축(320)의 직경에 대응되어 형성되며, 상기 에어터빈시동기의 회전시 회전력을 상기 가스터빈엔진에 손실 없이 전달할 수 있도록 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 결합고정수단(430)을 이용하여 헛돌지 않도록 견고하게 고정시킨다.

상기 결합고정수단(430)은 볼트 등을 이용할 수 있으며, 상기 제1몸체(410) 및 상기 제2몸체(420)의 양측 외주연에는 각각 다수 개의 결합고정수단 결합홀이 상기 제1몸체(410) 및 상기 제2몸체(420)의 내부 회전축 중심 방향으로 형성되되 좌우상하 4방향에 형성되는 것이 바람직하며, 이에 상기 결합고정수단(430)이 끼워져 결합되면서 상기 제1샤프트(100), 상기 제2샤프트(200), 상기 제1회전축(310) 및 상기 제2회전축(320)이 동시에 회전하여 상기 에어터빈시동기의 토크를 손실 없이 상기 가스터빈엔진에 전달하도록 견고하게 고정결합된다.

한편, 상기 어댑터(500)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 가스터빈엔진의 몸체의 타측에 일측이 결합되며, 상기 제1샤프트(100), 상기 파워락 커플링(400) 및 상기 토크측정기(300)가 내설되는 엔진 어댑터(510); 및 상기 엔진 어댑터(510)의 타측에 일측이 결합되고 상기 에어터빈시동기의 몸체의 일측에 타측이 결합되며, 상기 제2샤프트(200), 상기 파워락 커플링(400) 및 상기 토크측정기(300)의 타측 일부분이 내설되는 에어터빈시동기 어댑터(520);를 포함하여 이루어진다.

상기 엔진 어댑터(510) 및 상기 에어터빈시동기 어댑터(520)에 내설되는 대상물체는 달라질 수 있으며, 도면상에는 상기 토크측정기(300)가 상기 엔진 어댑터(510)에 내설되었으나 상기 에어터빈시동기 어댑터(520)에 내설될 수도 있으며, 상기 어댑터(500)는 상기 제1샤프트(100), 상기 제1회전축(310), 상기 제2샤프트(200) 및 상기 제2회전축(320)의 결합제작 여건을 고려하여 복수 개로 구성할 수 있다.

또한, 상기 토크측정기(300)는 상기 제1회전축(310) 및 상기 제2회전축(320)의 중심축이 상기 에어터빈시동기 및 상기 가스터빈엔진의 회전축과 동일 축선 상에 위치되도록 상기 엔진 어댑터(510) 또는 상기 에어터빈시동기 어댑터(520)의 내주면에 고정결합시키는 것이 바람직하다.

100 : 제1샤프트 200 : 제2샤프트
300 : 토크측정기 310 : 제1회전축
320 : 제2회전축
400 : 파워락 커플링 410 : 제1몸체
420 : 제2몸체 430 : 결합고정수단
500 : 어댑터 510 : 엔진 어댑터
520 : 에어터빈시동기 어댑터