KR0178983B1 - 증기 터빈용 미로형 시일 - Google Patents

Abstract

벌집 모양의 미로형 시일은 통로의 벌집 모양의 셀(9)의 최하측 브레이드링(5)의 배출구를 연장하여 돌출되는데 벌집 모양의 셀의 각각의 최하류측 통로의 열(9A)중 일부분만이 상기 브레이드링(5)속에 형성된 배수용 그로브(11)의 폭의 1/2에 해당하는 폭만큼 상기 브레이드링(5)위에 돌출되게 되어 수분을 벌집 모양의 셀(9)로부터 그것의 상기 베이스(7)를 통해 배출되게 된다.

Description

증기 터빈용 미로형 시일

제1도는 종래의 증기 터빈의 일부분에 배치된 벌집 모양의 미로형 시일을 나타낸 제2도의 I-I선을 따라서 절취한 부분 단면도.

제2도는 제1도의 II-II선 방향으로 본 저면도.

제3a도는 종래의 벌집 모양의 미로형 시일을 도시하는 일부 절취 단면도.

제3b도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벌집 모양의 미로형 시일을 도시하는 일부 절취 단면도.

제4도는 제3b도의 미로형 시일의 일부분에 대한 확대 저면도.

제5도는 제4도의 V-V선을 따라 절취한 횡단면도.

제6도는 제4도의 VI-VI선을 따라 절취한 횡단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 회전 블레이드 3 : 벌집 모양의 미로형 시일

5 : 블레이드 링 7 : 베이스부

9 : 벌집 모양의 셀 9a : 벌집 보양의 셀의 열

11 : 홈 12 : 시일 지지링

14 : 추출 슬롯트 16 : 하류측 고정 블레이드

18 : 상류측 고정 블레이드

본 발명은 일반적으로 벌집 보양의 시일에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저압 증기 터빈에 채용되는 개량된 미로형 시일에 관한 것이다.

증기 터빈에 사용되는, 홈을 구비한 벌집 모양의 미로형 시일에 대해서는 미국 특허 제 4,416,457호(웨스팅하우스 일렉트릭 코오포레이숀사에 양도됨)에 기술되어 있다.

제1도 및 제2도를 참조하면, 상술한 미국 특허에 기술된 벌집 모양의 미로형 시일(3)은 복수개의 원호형 세그먼트로 구성되어 있는데, 각각의 원호형 세그먼트는 베이스부(7)와 상기 베이스부(7)로부터 반경방향 내측으로 연장하는 복수개의 벌집 보양의 셀(9)의 열을 포함하여, 각각의 상기 셀(9)은 블레이드(1)의 근방에서 개방되어 있다. 복수의 통로 또는 홈(11)은, 각 셀(9)이 적어도 하나의 통로에 연결되고 셀의 대다수가 두 개의 통로 또는 홈(11)에 연결되도록 배치된다. 도면의 좌측의 홈(11)은 상류 중기에 대하여 개방되고 도면 우측의 홈(11)은 하류 증기에 대하여 개방되며, 홈(11)과 셀(9)은 상호 연결되어 있기 때문에 증기 및 그것에 동반된 물이 시일의 상류측으로부터 하류측까지 시일의 베이스부(7)를 가로질러 흐를 수 있게 된다. 상기 셀(9)은 여섯 개의 벽을 갖는 대체로 육각형상이며, 그 벽중 복수개가 인접한 셀 벽과 공통이다.

원주방향으로 인접한 벌집모양의 미로형 시일의 세그먼트들 사이에는 축방향 갭(13)이 배치되는데, 홈속에 모여진 물이 이 갭(13)으로부터 배출된다. 또한, 블레이드 링(5)내에는, 그 내의 시일 위치설정 리세스(4)로부터 물을 배출시키기에 적당한 배수구(도시하지 않음)가 배치된다.

제3a도는 종래의 증기 터빈의 블레이드 경로에 존재하는 종래의 벌집 모양의 시일 구조의 일반적인 배열상태를 도시한다. 하류측 블레이드(16)의 외경과 시일의 내경 사이에는 반경방향 단차부가 형성된다. 블레이드의 경로 흐름으로부터 의 증기와 수분을 제거하기 위해 표면(12, 12a) 사이에 반경방향으로 통로가 형성되어 있다. 회전하는 블레이드의 팁구역(상기 시일 아래)을 떠나는 흐름을 효과적으로 전환시키기가 어려우며, 따라서 수분을 추출 슬롯트로 진입시키기가 어렵다. 따라서, 이러한 영역에서는 혼란한 흐름 상태가 초래될 수 있다.

시일로부터 배출된 수분은 대개 축방향의 통로를 따라 흐르고 고정 블레이드(16)를 통과하는 주 하류 흐름에 혼입되므로, 하류의 회전 블레이드의 수분에 의한 부식이 증가하게 된다.

전형적인 벌집 모양의 시일 설비의 하류측에서 수분에 의한 부식 특성과 흐름의 변화를 관찰한 결과, 하류측 고정 블레이드 열의 입구에서 시일의 내경 표면과 외경 표면 사이의 반경방향 단차와 관련하여 혼란된 흐름 패턴(정지 와류)이 존재할 수 있다는 것을 알게 되었다. 또한, 시일에 수집된 수분은 하류측의 수분 제거 또는 추출 슬롯트 속으로 의도한 대로 흐르지 않을 수도 있다. 이러한 양자의 현상이 발생하게 되는 이유는, 추출 증기 및 물의 흐름이 시일 출구면에서 90˚의 예리한 모서리를 통과하기 어렵기 때문이다.

따라서, 본 발명의 주목적은 시일에 수집된 수분을 안전하게 제거할수 있는 개량된 벌집 모양의 미로형 시일을 제공하고자 하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 증기 터빈 로터의 블레이드 경로의 원주 둘레에 배치된 벌집 모양의 미로형 시일로서, 상기 시일은 상류측 단부에 형성된 입구 에지와 상기 시일의 하류측 단부에 형성된 출구 에지를 갖는 베이스부와, 상기 베이스부로부터 반경방향 내측으로 연장되고 상기 블레이드에 인접하여 개방되는 복수개의 벌집 모양의 셀의 열을 포함하며, 상기 베이스부에는 복수개의 홈이 형성되고 각각의 상기 셀은 적어도 하나의 홈상에 배치되도록 된 벌집모양의 미로형 시일에 있어서, 적어도 하나의 홈이 벌집 모양의 셀의 열의 상류에서 개방되고 적어도 하나의 홈이 벌집 모양의 셀의 열의 하류에서 개방되어, 증기가 벌집 모양의 시일의 상류단으로부터 하류단까지 상기 홈 및 셀을 통하여 흐르게 하는 것과, 상기 벌집 모양의 셀의 최하류측 열이 상기 베이스의 출구 에지를 지나 연장되는 것을 특징으로 하는 벌집 모양의 미로형 시일을 제공한다.

첨부된 도면에 예시의 목적으로만 도시한 본 발명의 바람직한 실시 태양에 대한 다음 설명으로부터 본 발명을 보다 쉽고 명백하게 이해할 수 있을 것이다.

제3도 내지 제6도를 참조하면, 벌집 모양의 미로형 시일(3)은 베이스부(7)를 통해서 시일 지지링(12)에 통상적인 방법으로 결합된다. 수분 제거/추출용 슬롯트(14)는 하류의 고정 블레이드(16)와 상류의 고정 블레이드(18)에 인접한 상기 시일 지지링(12) 사이에 형성된다. 이때 회전 블레이드(1)는 흐름 방향에 대하여 수직인 방향으로 회전하게 된다.

상기 베이스부(7)는 홈(11)에 의해 형성된 복수개의 통로를 구비한다. 벌집모양의 미로형 시일(3)은 복수개의 원호형 세그먼트로 이루어져 있으며, 각각의 원호형 세그먼트는 베이스부(7)와 상기 베이스부(7)로부터 반경방향 내측으로 연장된 복수개의 벌집 모양의 셀(9)의 열을 포함하는데, 각각의 상기 셀(9)은 상기 회전 블레이드(1)의 근방에서 개방되어 있다. 또한, 상기 각각의 셀(9)은 적어도 하나의 통로(11)와 연결된다.

상기 베이스부(7)는 출구측 에지(20)를 갖는다. 제1도 및 제2도에 도시된 공지의 시일에 있어서, 이 출구측 에지(20)는 벌집 모양의 셀보다 멀리 연장되어, 상기 벌집 모양의 셀(9)의 최하류의 열이 최하류의 홈(11)위로 중심이 맞춰지고, 셀의 최하류의 측이 베이스부(7)상에 지지된다.

본 발명에 따르면, 상기 벌집 모양의 셀(9)의 최하류측 열은 출구측에 있는 상기 베이스부(7)의 스트립(7a)[상기 스트립(7a)은 상기 홈(11)의 폭과 거의 동일한 폭을 가짐]위로 중심이 맞추어져 있으므로, 상기 열(9a)중에서 셀(9)의 일부분만이 상기 베이스(7)의에 걸쳐지게 된다. 이러한 구조는 배수 홈(11)위로 중심이 맞추어진 원주 방향으로 배향된 셀의 벽부재를 갖는 교호형 셀 그룹에 대한 내부 수분 배수 경로를 개선한다. 따라서, 출구의 배수 흐름은 그것이 출구측에서 벌집 모양의 셀을 떠날 때 반경방향으로 지향된다. 상기 반경방향 배수 경로는 상기 베이스부(7)의 출구 에지(20)와 열(9a)의 셀(9)의 최외측 벽(22) 사이에 형성되어 있다. 회전하는 블레이드의 팁으로부터 외측으로 원심력을 받아서 벌집 모양의 셀(9)의 개방면에 충돌하는 수분 비말(moisture droplet) 흐름은 시일 출구의 배수흐름에 대한 반경방향 외향 경로를 개선한다.

제6도는 제5도에 도시된 셀에 인접한 모든 그룹의 셀에 대한 원주방향-축방향 배출 경로의 연통을 나타낸다.

일반적으로, 시일(3)에 대한 소망하는 내부 물의 배수 특성은, 회전 블레이드의 열에 걸친 입구와 출구간의 압력 강하와, 상기 블레이드의 팁을 떠나서 상기 벌집 모양의 셀 구조의 개방면으로 진입하는 수분 비말에 의해 발생되는 외부 압력에 의해 결정된다.

벌집 모양의 셀의 최하류측 또는 출구측 열은 홈의 폭의 약 1/2정도만큼 베이스부(7)의 출구 에지(20)를 지나 연장하는 것이 바람직하다.

제3b도를 참조하면, 블레이드(1)는 제1도 및 제2도의 공지된 시일(3)에서와 같이 시일 아래에서 중심이 맞춰지게 되는 것보다 시일을 지나 연장되는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다. 상기 연장 정도는 블레이드 팁 섹션의 폭에 의해 결정되며, 블레이드(1)의 최적의 돌출은 스로트 개구(throat opening)의 폭과 관련하여 결정된다. 회전 블레이드의 출구 에지의 돌출은, 원심력에 의하여 상기 블레이드 팁을 떠나는 수분 비말의 흐름으로부터의 압력에 기인하여, 반경방향 외축으로의 시일 출구 배수 흐름 경로를 개선한다. 또한, 회전 블레이드의 출구 에지 돌출은 시일(3) 바로 하류에서 증기 흐름의 반경방향 팽창을 개선한다. 이러한 반경방향의 팽창은, 흐름이 수분 제거 또는 추출 슬롯트(14)로 향하도록 함으로써, 하류측 고정 블레이드 열에 대한 입구의 의경 표면 근방에서 흐름 상태가 양호하도록(손실이 적도록) 한다.

본 발명은 하류측 통로의 추출 또는 수분 제거 슬롯트의 폭을 증가시킬 수 있게 하며, 또한, 변형예로서, 회전 블레이드에 대한 시일과 블레이드 링의 출구면(20, 12)의 상류 운동으로 인해 상기 추출 슬롯트를 제한하는 것이 어려운 경우, 블레이드 경로의 축방향 간격이 감소될 수 있도록 한다.

본 발명의 다수의 변형예 및 적용예는 당해 분야에 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이며, 따라서 본 발명의 진정한 정신과 범주에 속하는 위와 같은 모든 변형예 및 적용예를 포함하는 것을 이하의 특허청구범위로 규정하고자 한다.

Claims (5)

1. 증기 터빈 로터의 블레이드 통로의 원주 둘레에 배치된 벌집 모양의 미로형 시일로서, 상기 시일(3)은 상기 시일의 상류측 단부에 형성된 입구 에지와 상기 시일(3)의 하류측 단부에 형성된 출구 에지를 갖는 베이스부(7)와, 상기 베이스부(7)로부터 반경방향 내측으로 연장되고 상기 블레이드(1)에 인접하여 개방되는 복수개의 벌집 모양의 셀(9)의 열을 포함하며, 상기 베이스부(7)에는 복수개의 홈(11)이 형성되고 각각의 상기 셀(9)은 적어도 하나의 홈(11)상에 배치되도록 된 벌집 모양의 미로형 시일에 있어서, 적어도 하나의 홈(11)이 상기 벌집 모양의 셀(9)의 열의 상류에서 개방되고 적어도 하나의 홈(11)이 상기 벌집 모양의 셀(9)의 하류에서 개방되어, 증기가 벌집 모양의 시일의 상류단으로부터 하류단까지 상기 홈(11) 및 셀(9)을 통하여 흐르게 하는 것과, 상기 벌집 모양의 셀의 최하류측 열(9a)이 상기 베이스부(7)의 출구에지를 지나 연장되는 것을 특징으로 하는 벌집 모양의 미로형 시일.
2. 제1항에 있어서, 상기 각각의 로터 블레이드(1)는 반경방향 배수 흐름을 유도하도록 상기 벌집 모양의 셀의 최하류측 열을 지나 연장된 출구 에지를 구비하는 것을 특징으로 하는 벌집 모양의 미로형 시일.
3. 제1항에 있어서, 상기 홈(11)이 상기 베이스(7)내에서 원주방향으로 연장된 것을 특징으로 하는 벌집 모양의 미로형 시일.
4. 제1항에 있어서, 상기 셀(9)이 육각형으로 형성된 것을 특징으로 하는 벌집 모양의 미로형 시일.
5. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스부(7)의 하류 에지를 지나 돌출된 상기 벌집 모양의 셀의 최하류측 열(9a)의 각 셀 부분은 상기 홈(11)의 폭의 절반과 거의 동일한 것을 특징으로 하는 벌집 모양의 미로형 시일.